Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (31996 - 400) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(31996 - 400) mod 8 ≡ (31996 mod 8 - 400 mod 8) mod 8.
31996 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31996
= 31000
400 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 400
= 400
Somit gilt:
(31996 - 400) mod 8 ≡ (4 - 0) mod 8 ≡ 4 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 42) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(32 ⋅ 42) mod 4 ≡ (32 mod 4 ⋅ 42 mod 4) mod 4.
32 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 32 + 0 = 8 ⋅ 4 + 0 ist.
42 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 40 + 2 = 10 ⋅ 4 + 2 ist.
Somit gilt:
(32 ⋅ 42) mod 4 ≡ (0 ⋅ 2) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 16964 mod 457.
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. 169 -> x
2. mod(x²,457) -> 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: 1691=169
2: 1692=1691+1=1691⋅1691 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 227 mod 457
4: 1694=1692+2=1692⋅1692 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 345 mod 457
8: 1698=1694+4=1694⋅1694 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 205 mod 457
16: 16916=1698+8=1698⋅1698 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 438 mod 457
32: 16932=16916+16=16916⋅16916 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 361 mod 457
64: 16964=16932+32=16932⋅16932 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 76 mod 457
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 399250 mod 941.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 250 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 250 an und zerlegen 250 in eine Summer von 2er-Potenzen:
250 = 128+64+32+16+8+2
1: 3991=399
2: 3992=3991+1=3991⋅3991 ≡ 399⋅399=159201 ≡ 172 mod 941
4: 3994=3992+2=3992⋅3992 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 413 mod 941
8: 3998=3994+4=3994⋅3994 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 248 mod 941
16: 39916=3998+8=3998⋅3998 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 339 mod 941
32: 39932=39916+16=39916⋅39916 ≡ 339⋅339=114921 ≡ 119 mod 941
64: 39964=39932+32=39932⋅39932 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 46 mod 941
128: 399128=39964+64=39964⋅39964 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 234 mod 941
399250
= 399128+64+32+16+8+2
= 399128⋅39964⋅39932⋅39916⋅3998⋅3992
≡ 234 ⋅ 46 ⋅ 119 ⋅ 339 ⋅ 248 ⋅ 172 mod 941
≡ 10764 ⋅ 119 ⋅ 339 ⋅ 248 ⋅ 172 mod 941 ≡ 413 ⋅ 119 ⋅ 339 ⋅ 248 ⋅ 172 mod 941
≡ 49147 ⋅ 339 ⋅ 248 ⋅ 172 mod 941 ≡ 215 ⋅ 339 ⋅ 248 ⋅ 172 mod 941
≡ 72885 ⋅ 248 ⋅ 172 mod 941 ≡ 428 ⋅ 248 ⋅ 172 mod 941
≡ 106144 ⋅ 172 mod 941 ≡ 752 ⋅ 172 mod 941
≡ 129344 mod 941 ≡ 427 mod 941
Es gilt also: 399250 ≡ 427 mod 941
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 42
| =>53 | = 1⋅42 + 11 |
| =>42 | = 3⋅11 + 9 |
| =>11 | = 1⋅9 + 2 |
| =>9 | = 4⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,42)=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= 9-4⋅2 | |||
| 2= 11-1⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9) = -4⋅11 +5⋅ 9 (=1) |
| 9= 42-3⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅11 +5⋅(42 -3⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅42 -15⋅ 11) = 5⋅42 -19⋅ 11 (=1) |
| 11= 53-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅42 -19⋅(53 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -19⋅53 +19⋅ 42) = -19⋅53 +24⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,42)=1 = -19⋅53 +24⋅42
oder wenn man -19⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +19⋅53 = +24⋅42
Es gilt also: 24⋅42 = 19⋅53 +1
Somit 24⋅42 = 1 mod 53
24 ist also das Inverse von 42 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
