Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (505 - 2504) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(505 - 2504) mod 5 ≡ (505 mod 5 - 2504 mod 5) mod 5.
505 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 505
= 500
2504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2504
= 2500
Somit gilt:
(505 - 2504) mod 5 ≡ (0 - 4) mod 5 ≡ -4 mod 5 ≡ 1 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (92 ⋅ 17) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(92 ⋅ 17) mod 8 ≡ (92 mod 8 ⋅ 17 mod 8) mod 8.
92 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 88 + 4 = 11 ⋅ 8 + 4 ist.
17 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 16 + 1 = 2 ⋅ 8 + 1 ist.
Somit gilt:
(92 ⋅ 17) mod 8 ≡ (4 ⋅ 1) mod 8 ≡ 4 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 408128 mod 479.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 408 -> x
2. mod(x²,479) -> 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: 4081=408
2: 4082=4081+1=4081⋅4081 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 251 mod 479
4: 4084=4082+2=4082⋅4082 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 252 mod 479
8: 4088=4084+4=4084⋅4084 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 276 mod 479
16: 40816=4088+8=4088⋅4088 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 15 mod 479
32: 40832=40816+16=40816⋅40816 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 479
64: 40864=40832+32=40832⋅40832 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 330 mod 479
128: 408128=40864+64=40864⋅40864 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 167 mod 479
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 385255 mod 541.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 255 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 255 an und zerlegen 255 in eine Summer von 2er-Potenzen:
255 = 128+64+32+16+8+4+2+1
1: 3851=385
2: 3852=3851+1=3851⋅3851 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 532 mod 541
4: 3854=3852+2=3852⋅3852 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 81 mod 541
8: 3858=3854+4=3854⋅3854 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 69 mod 541
16: 38516=3858+8=3858⋅3858 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 433 mod 541
32: 38532=38516+16=38516⋅38516 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 303 mod 541
64: 38564=38532+32=38532⋅38532 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 380 mod 541
128: 385128=38564+64=38564⋅38564 ≡ 380⋅380=144400 ≡ 494 mod 541
385255
= 385128+64+32+16+8+4+2+1
= 385128⋅38564⋅38532⋅38516⋅3858⋅3854⋅3852⋅3851
≡ 494 ⋅ 380 ⋅ 303 ⋅ 433 ⋅ 69 ⋅ 81 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541
≡ 187720 ⋅ 303 ⋅ 433 ⋅ 69 ⋅ 81 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541 ≡ 534 ⋅ 303 ⋅ 433 ⋅ 69 ⋅ 81 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541
≡ 161802 ⋅ 433 ⋅ 69 ⋅ 81 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541 ≡ 43 ⋅ 433 ⋅ 69 ⋅ 81 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541
≡ 18619 ⋅ 69 ⋅ 81 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541 ≡ 225 ⋅ 69 ⋅ 81 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541
≡ 15525 ⋅ 81 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541 ≡ 377 ⋅ 81 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541
≡ 30537 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541 ≡ 241 ⋅ 532 ⋅ 385 mod 541
≡ 128212 ⋅ 385 mod 541 ≡ 536 ⋅ 385 mod 541
≡ 206360 mod 541 ≡ 239 mod 541
Es gilt also: 385255 ≡ 239 mod 541
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 30.
Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 30
| =>97 | = 3⋅30 + 7 |
| =>30 | = 4⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,30)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 30-4⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(30 -4⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅30 +12⋅ 7) = -3⋅30 +13⋅ 7 (=1) |
| 7= 97-3⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +13⋅(97 -3⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅97 -39⋅ 30) = 13⋅97 -42⋅ 30 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,30)=1 = 13⋅97 -42⋅30
oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅97 = -42⋅30
-42⋅30 = -13⋅97 + 1 |+97⋅30
-42⋅30 + 97⋅30 = -13⋅97 + 97⋅30 + 1
(-42 + 97) ⋅ 30 = (-13 + 30) ⋅ 97 + 1
55⋅30 = 17⋅97 + 1
Es gilt also: 55⋅30 = 17⋅97 +1
Somit 55⋅30 = 1 mod 97
55 ist also das Inverse von 30 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
