Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (503 - 1504) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(503 - 1504) mod 5 ≡ (503 mod 5 - 1504 mod 5) mod 5.
503 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 503
= 500
1504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1504
= 1500
Somit gilt:
(503 - 1504) mod 5 ≡ (3 - 4) mod 5 ≡ -1 mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 46) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(69 ⋅ 46) mod 4 ≡ (69 mod 4 ⋅ 46 mod 4) mod 4.
69 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 68 + 1 = 17 ⋅ 4 + 1 ist.
46 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 44 + 2 = 11 ⋅ 4 + 2 ist.
Somit gilt:
(69 ⋅ 46) mod 4 ≡ (1 ⋅ 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 14632 mod 307.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 146 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 1461=146
2: 1462=1461+1=1461⋅1461 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 133 mod 307
4: 1464=1462+2=1462⋅1462 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 190 mod 307
8: 1468=1464+4=1464⋅1464 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 181 mod 307
16: 14616=1468+8=1468⋅1468 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 219 mod 307
32: 14632=14616+16=14616⋅14616 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 69 mod 307
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 442185 mod 467.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 185 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 185 an und zerlegen 185 in eine Summer von 2er-Potenzen:
185 = 128+32+16+8+1
1: 4421=442
2: 4422=4421+1=4421⋅4421 ≡ 442⋅442=195364 ≡ 158 mod 467
4: 4424=4422+2=4422⋅4422 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 213 mod 467
8: 4428=4424+4=4424⋅4424 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 70 mod 467
16: 44216=4428+8=4428⋅4428 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 230 mod 467
32: 44232=44216+16=44216⋅44216 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 129 mod 467
64: 44264=44232+32=44232⋅44232 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 296 mod 467
128: 442128=44264+64=44264⋅44264 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 287 mod 467
442185
= 442128+32+16+8+1
= 442128⋅44232⋅44216⋅4428⋅4421
≡ 287 ⋅ 129 ⋅ 230 ⋅ 70 ⋅ 442 mod 467
≡ 37023 ⋅ 230 ⋅ 70 ⋅ 442 mod 467 ≡ 130 ⋅ 230 ⋅ 70 ⋅ 442 mod 467
≡ 29900 ⋅ 70 ⋅ 442 mod 467 ≡ 12 ⋅ 70 ⋅ 442 mod 467
≡ 840 ⋅ 442 mod 467 ≡ 373 ⋅ 442 mod 467
≡ 164866 mod 467 ≡ 15 mod 467
Es gilt also: 442185 ≡ 15 mod 467
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 26.
Also bestimme x, so dass 26 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 26
| =>61 | = 2⋅26 + 9 |
| =>26 | = 2⋅9 + 8 |
| =>9 | = 1⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,26)=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= 9-1⋅8 | |||
| 8= 26-2⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -1⋅(26 -2⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅26 +2⋅ 9) = -1⋅26 +3⋅ 9 (=1) |
| 9= 61-2⋅26 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅26 +3⋅(61 -2⋅ 26)
= -1⋅26 +3⋅61 -6⋅ 26) = 3⋅61 -7⋅ 26 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,26)=1 = 3⋅61 -7⋅26
oder wenn man 3⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 -3⋅61 = -7⋅26
-7⋅26 = -3⋅61 + 1 |+61⋅26
-7⋅26 + 61⋅26 = -3⋅61 + 61⋅26 + 1
(-7 + 61) ⋅ 26 = (-3 + 26) ⋅ 61 + 1
54⋅26 = 23⋅61 + 1
Es gilt also: 54⋅26 = 23⋅61 +1
Somit 54⋅26 = 1 mod 61
54 ist also das Inverse von 26 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
