Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (804 + 201) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(804 + 201) mod 4 ≡ (804 mod 4 + 201 mod 4) mod 4.
804 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 804
= 800
201 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 201
= 200
Somit gilt:
(804 + 201) mod 4 ≡ (0 + 1) mod 4 ≡ 1 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 32) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20 ⋅ 32) mod 10 ≡ (20 mod 10 ⋅ 32 mod 10) mod 10.
20 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 20 + 0 = 2 ⋅ 10 + 0 ist.
32 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30 + 2 = 3 ⋅ 10 + 2 ist.
Somit gilt:
(20 ⋅ 32) mod 10 ≡ (0 ⋅ 2) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 305128 mod 433.
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. 305 -> x
2. mod(x²,433) -> 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: 3051=305
2: 3052=3051+1=3051⋅3051 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 363 mod 433
4: 3054=3052+2=3052⋅3052 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 137 mod 433
8: 3058=3054+4=3054⋅3054 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 150 mod 433
16: 30516=3058+8=3058⋅3058 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 417 mod 433
32: 30532=30516+16=30516⋅30516 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 256 mod 433
64: 30564=30532+32=30532⋅30532 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 153 mod 433
128: 305128=30564+64=30564⋅30564 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 27 mod 433
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 655154 mod 821.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 154 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 154 an und zerlegen 154 in eine Summer von 2er-Potenzen:
154 = 128+16+8+2
1: 6551=655
2: 6552=6551+1=6551⋅6551 ≡ 655⋅655=429025 ≡ 463 mod 821
4: 6554=6552+2=6552⋅6552 ≡ 463⋅463=214369 ≡ 88 mod 821
8: 6558=6554+4=6554⋅6554 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 355 mod 821
16: 65516=6558+8=6558⋅6558 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 412 mod 821
32: 65532=65516+16=65516⋅65516 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 618 mod 821
64: 65564=65532+32=65532⋅65532 ≡ 618⋅618=381924 ≡ 159 mod 821
128: 655128=65564+64=65564⋅65564 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 651 mod 821
655154
= 655128+16+8+2
= 655128⋅65516⋅6558⋅6552
≡ 651 ⋅ 412 ⋅ 355 ⋅ 463 mod 821
≡ 268212 ⋅ 355 ⋅ 463 mod 821 ≡ 566 ⋅ 355 ⋅ 463 mod 821
≡ 200930 ⋅ 463 mod 821 ≡ 606 ⋅ 463 mod 821
≡ 280578 mod 821 ≡ 617 mod 821
Es gilt also: 655154 ≡ 617 mod 821
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 35.
Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 35
| =>101 | = 2⋅35 + 31 |
| =>35 | = 1⋅31 + 4 |
| =>31 | = 7⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,35)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 31-7⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4) = -1⋅31 +8⋅ 4 (=1) |
| 4= 35-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅31 +8⋅(35 -1⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅35 -8⋅ 31) = 8⋅35 -9⋅ 31 (=1) |
| 31= 101-2⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 8⋅35 -9⋅(101 -2⋅ 35)
= 8⋅35 -9⋅101 +18⋅ 35) = -9⋅101 +26⋅ 35 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,35)=1 = -9⋅101 +26⋅35
oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅101 = +26⋅35
Es gilt also: 26⋅35 = 9⋅101 +1
Somit 26⋅35 = 1 mod 101
26 ist also das Inverse von 35 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
