Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (5998 - 119) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(5998 - 119) mod 3 ≡ (5998 mod 3 - 119 mod 3) mod 3.
5998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5998
= 6000
119 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 119
= 120
Somit gilt:
(5998 - 119) mod 3 ≡ (1 - 2) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 45) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(53 ⋅ 45) mod 9 ≡ (53 mod 9 ⋅ 45 mod 9) mod 9.
53 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 45 + 8 = 5 ⋅ 9 + 8 ist.
45 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 5 ⋅ 9 + 0 ist.
Somit gilt:
(53 ⋅ 45) mod 9 ≡ (8 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 548128 mod 997.
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. 548 -> x
2. mod(x²,997) -> 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: 5481=548
2: 5482=5481+1=5481⋅5481 ≡ 548⋅548=300304 ≡ 207 mod 997
4: 5484=5482+2=5482⋅5482 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 975 mod 997
8: 5488=5484+4=5484⋅5484 ≡ 975⋅975=950625 ≡ 484 mod 997
16: 54816=5488+8=5488⋅5488 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 958 mod 997
32: 54832=54816+16=54816⋅54816 ≡ 958⋅958=917764 ≡ 524 mod 997
64: 54864=54832+32=54832⋅54832 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 401 mod 997
128: 548128=54864+64=54864⋅54864 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 284 mod 997
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 340177 mod 431.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 177 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 177 an und zerlegen 177 in eine Summer von 2er-Potenzen:
177 = 128+32+16+1
1: 3401=340
2: 3402=3401+1=3401⋅3401 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 92 mod 431
4: 3404=3402+2=3402⋅3402 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 275 mod 431
8: 3408=3404+4=3404⋅3404 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 200 mod 431
16: 34016=3408+8=3408⋅3408 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 348 mod 431
32: 34032=34016+16=34016⋅34016 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 424 mod 431
64: 34064=34032+32=34032⋅34032 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 49 mod 431
128: 340128=34064+64=34064⋅34064 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 246 mod 431
340177
= 340128+32+16+1
= 340128⋅34032⋅34016⋅3401
≡ 246 ⋅ 424 ⋅ 348 ⋅ 340 mod 431
≡ 104304 ⋅ 348 ⋅ 340 mod 431 ≡ 2 ⋅ 348 ⋅ 340 mod 431
≡ 696 ⋅ 340 mod 431 ≡ 265 ⋅ 340 mod 431
≡ 90100 mod 431 ≡ 21 mod 431
Es gilt also: 340177 ≡ 21 mod 431
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 = 73 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
