Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (601 + 6004) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(601 + 6004) mod 6 ≡ (601 mod 6 + 6004 mod 6) mod 6.
601 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 601
= 600
6004 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6004
= 6000
Somit gilt:
(601 + 6004) mod 6 ≡ (1 + 4) mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 29) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(18 ⋅ 29) mod 5 ≡ (18 mod 5 ⋅ 29 mod 5) mod 5.
18 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 15 + 3 = 3 ⋅ 5 + 3 ist.
29 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 25 + 4 = 5 ⋅ 5 + 4 ist.
Somit gilt:
(18 ⋅ 29) mod 5 ≡ (3 ⋅ 4) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 2688 mod 463.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 268 -> x
2. mod(x²,463) -> 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: 2681=268
2: 2682=2681+1=2681⋅2681 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 59 mod 463
4: 2684=2682+2=2682⋅2682 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 240 mod 463
8: 2688=2684+4=2684⋅2684 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 188 mod 463
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 612191 mod 811.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:
191 = 128+32+16+8+4+2+1
1: 6121=612
2: 6122=6121+1=6121⋅6121 ≡ 612⋅612=374544 ≡ 673 mod 811
4: 6124=6122+2=6122⋅6122 ≡ 673⋅673=452929 ≡ 391 mod 811
8: 6128=6124+4=6124⋅6124 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 413 mod 811
16: 61216=6128+8=6128⋅6128 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 259 mod 811
32: 61232=61216+16=61216⋅61216 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 579 mod 811
64: 61264=61232+32=61232⋅61232 ≡ 579⋅579=335241 ≡ 298 mod 811
128: 612128=61264+64=61264⋅61264 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 405 mod 811
612191
= 612128+32+16+8+4+2+1
= 612128⋅61232⋅61216⋅6128⋅6124⋅6122⋅6121
≡ 405 ⋅ 579 ⋅ 259 ⋅ 413 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811
≡ 234495 ⋅ 259 ⋅ 413 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811 ≡ 116 ⋅ 259 ⋅ 413 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811
≡ 30044 ⋅ 413 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811 ≡ 37 ⋅ 413 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811
≡ 15281 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811 ≡ 683 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811
≡ 267053 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811 ≡ 234 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811
≡ 157482 ⋅ 612 mod 811 ≡ 148 ⋅ 612 mod 811
≡ 90576 mod 811 ≡ 555 mod 811
Es gilt also: 612191 ≡ 555 mod 811
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 47
| =>101 | = 2⋅47 + 7 |
| =>47 | = 6⋅7 + 5 |
| =>7 | = 1⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,47)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 7-1⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5) = -2⋅7 +3⋅ 5 (=1) |
| 5= 47-6⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅7 +3⋅(47 -6⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅47 -18⋅ 7) = 3⋅47 -20⋅ 7 (=1) |
| 7= 101-2⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅47 -20⋅(101 -2⋅ 47)
= 3⋅47 -20⋅101 +40⋅ 47) = -20⋅101 +43⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,47)=1 = -20⋅101 +43⋅47
oder wenn man -20⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +20⋅101 = +43⋅47
Es gilt also: 43⋅47 = 20⋅101 +1
Somit 43⋅47 = 1 mod 101
43 ist also das Inverse von 47 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
