Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2095 + 281) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2095 + 281) mod 7 ≡ (2095 mod 7 + 281 mod 7) mod 7.
2095 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2095
= 2100
281 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 281
= 280
Somit gilt:
(2095 + 281) mod 7 ≡ (2 + 1) mod 7 ≡ 3 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 72) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(58 ⋅ 72) mod 6 ≡ (58 mod 6 ⋅ 72 mod 6) mod 6.
58 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 54 + 4 = 9 ⋅ 6 + 4 ist.
72 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 12 ⋅ 6 + 0 ist.
Somit gilt:
(58 ⋅ 72) mod 6 ≡ (4 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 26964 mod 349.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
Deswegen quadrieren wir einfach mit jedem Schritt das Ergebnis und kommen so immer eine 2er-Potenz im Exponenten höher:
Zur technischen Durchführung mit einem TI-WTR bietet sich folgende Vorgehensweise an:
1. 269 -> x
2. mod(x²,349) -> x
- den Pfeil "->" erhält man durch Drücken der [sto->]-Taste
- die x-Taste ist direkt darüber
- "mod" erhält man durch [math]->NUM->8:mod
- das Komma "," erhält man durch Drücken von [2nd][.]
1: 2691=269
2: 2692=2691+1=2691⋅2691 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 118 mod 349
4: 2694=2692+2=2692⋅2692 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 313 mod 349
8: 2698=2694+4=2694⋅2694 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 249 mod 349
16: 26916=2698+8=2698⋅2698 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 228 mod 349
32: 26932=26916+16=26916⋅26916 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 332 mod 349
64: 26964=26932+32=26932⋅26932 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 289 mod 349
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 311236 mod 313.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 236 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 236 an und zerlegen 236 in eine Summer von 2er-Potenzen:
236 = 128+64+32+8+4
1: 3111=311
2: 3112=3111+1=3111⋅3111 ≡ 311⋅311=96721 ≡ 4 mod 313
4: 3114=3112+2=3112⋅3112 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 313
8: 3118=3114+4=3114⋅3114 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 313
16: 31116=3118+8=3118⋅3118 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 119 mod 313
32: 31132=31116+16=31116⋅31116 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 76 mod 313
64: 31164=31132+32=31132⋅31132 ≡ 76⋅76=5776 ≡ 142 mod 313
128: 311128=31164+64=31164⋅31164 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 132 mod 313
311236
= 311128+64+32+8+4
= 311128⋅31164⋅31132⋅3118⋅3114
≡ 132 ⋅ 142 ⋅ 76 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 313
≡ 18744 ⋅ 76 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 313 ≡ 277 ⋅ 76 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 313
≡ 21052 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 313 ≡ 81 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 313
≡ 20736 ⋅ 16 mod 313 ≡ 78 ⋅ 16 mod 313
≡ 1248 mod 313 ≡ 309 mod 313
Es gilt also: 311236 ≡ 309 mod 313
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 37
| =>71 | = 1⋅37 + 34 |
| =>37 | = 1⋅34 + 3 |
| =>34 | = 11⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,37)=1
Jetzt formen wir jede Zeile von unten nach oben um indem wir das Prokukt auf die andere Seite bringen.
Wir starten mit der zweitletzten Zeile:
| 1= 34-11⋅3 | |||
| 3= 37-1⋅34 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅34 -11⋅(37 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -11⋅37 +11⋅ 34) = -11⋅37 +12⋅ 34 (=1) |
| 34= 71-1⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -11⋅37 +12⋅(71 -1⋅ 37)
= -11⋅37 +12⋅71 -12⋅ 37) = 12⋅71 -23⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,37)=1 = 12⋅71 -23⋅37
oder wenn man 12⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -12⋅71 = -23⋅37
-23⋅37 = -12⋅71 + 1 |+71⋅37
-23⋅37 + 71⋅37 = -12⋅71 + 71⋅37 + 1
(-23 + 71) ⋅ 37 = (-12 + 37) ⋅ 71 + 1
48⋅37 = 25⋅71 + 1
Es gilt also: 48⋅37 = 25⋅71 +1
Somit 48⋅37 = 1 mod 71
48 ist also das Inverse von 37 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
