Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (403 - 1198) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(403 - 1198) mod 4 ≡ (403 mod 4 - 1198 mod 4) mod 4.
403 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 403
= 400
1198 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1198
= 1100
Somit gilt:
(403 - 1198) mod 4 ≡ (3 - 2) mod 4 ≡ 1 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 61) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(54 ⋅ 61) mod 8 ≡ (54 mod 8 ⋅ 61 mod 8) mod 8.
54 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 48 + 6 = 6 ⋅ 8 + 6 ist.
61 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 56 + 5 = 7 ⋅ 8 + 5 ist.
Somit gilt:
(54 ⋅ 61) mod 8 ≡ (6 ⋅ 5) mod 8 ≡ 30 mod 8 ≡ 6 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 15364 mod 433.
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. 153 -> 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: 1531=153
2: 1532=1531+1=1531⋅1531 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 27 mod 433
4: 1534=1532+2=1532⋅1532 ≡ 27⋅27=729 ≡ 296 mod 433
8: 1538=1534+4=1534⋅1534 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 150 mod 433
16: 15316=1538+8=1538⋅1538 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 417 mod 433
32: 15332=15316+16=15316⋅15316 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 256 mod 433
64: 15364=15332+32=15332⋅15332 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 153 mod 433
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 575232 mod 613.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 232 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 232 an und zerlegen 232 in eine Summer von 2er-Potenzen:
232 = 128+64+32+8
1: 5751=575
2: 5752=5751+1=5751⋅5751 ≡ 575⋅575=330625 ≡ 218 mod 613
4: 5754=5752+2=5752⋅5752 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 323 mod 613
8: 5758=5754+4=5754⋅5754 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 119 mod 613
16: 57516=5758+8=5758⋅5758 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 62 mod 613
32: 57532=57516+16=57516⋅57516 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 166 mod 613
64: 57564=57532+32=57532⋅57532 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 584 mod 613
128: 575128=57564+64=57564⋅57564 ≡ 584⋅584=341056 ≡ 228 mod 613
575232
= 575128+64+32+8
= 575128⋅57564⋅57532⋅5758
≡ 228 ⋅ 584 ⋅ 166 ⋅ 119 mod 613
≡ 133152 ⋅ 166 ⋅ 119 mod 613 ≡ 131 ⋅ 166 ⋅ 119 mod 613
≡ 21746 ⋅ 119 mod 613 ≡ 291 ⋅ 119 mod 613
≡ 34629 mod 613 ≡ 301 mod 613
Es gilt also: 575232 ≡ 301 mod 613
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 48
| =>73 | = 1⋅48 + 25 |
| =>48 | = 1⋅25 + 23 |
| =>25 | = 1⋅23 + 2 |
| =>23 | = 11⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,48)=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= 23-11⋅2 | |||
| 2= 25-1⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅23 -11⋅(25 -1⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅25 +11⋅ 23) = -11⋅25 +12⋅ 23 (=1) |
| 23= 48-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -11⋅25 +12⋅(48 -1⋅ 25)
= -11⋅25 +12⋅48 -12⋅ 25) = 12⋅48 -23⋅ 25 (=1) |
| 25= 73-1⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 12⋅48 -23⋅(73 -1⋅ 48)
= 12⋅48 -23⋅73 +23⋅ 48) = -23⋅73 +35⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,48)=1 = -23⋅73 +35⋅48
oder wenn man -23⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +23⋅73 = +35⋅48
Es gilt also: 35⋅48 = 23⋅73 +1
Somit 35⋅48 = 1 mod 73
35 ist also das Inverse von 48 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
