Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (12003 + 119) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(12003 + 119) mod 6 ≡ (12003 mod 6 + 119 mod 6) mod 6.
12003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12003
= 12000
119 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 119
= 120
Somit gilt:
(12003 + 119) mod 6 ≡ (3 + 5) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 53) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(74 ⋅ 53) mod 6 ≡ (74 mod 6 ⋅ 53 mod 6) mod 6.
74 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 12 ⋅ 6 + 2 ist.
53 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 48 + 5 = 8 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(74 ⋅ 53) mod 6 ≡ (2 ⋅ 5) mod 6 ≡ 10 mod 6 ≡ 4 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 534128 mod 547.
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. 534 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 5341=534
2: 5342=5341+1=5341⋅5341 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 169 mod 547
4: 5344=5342+2=5342⋅5342 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 117 mod 547
8: 5348=5344+4=5344⋅5344 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 14 mod 547
16: 53416=5348+8=5348⋅5348 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 547
32: 53432=53416+16=53416⋅53416 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 126 mod 547
64: 53464=53432+32=53432⋅53432 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 13 mod 547
128: 534128=53464+64=53464⋅53464 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 547
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 135166 mod 311.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 166 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 166 an und zerlegen 166 in eine Summer von 2er-Potenzen:
166 = 128+32+4+2
1: 1351=135
2: 1352=1351+1=1351⋅1351 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 187 mod 311
4: 1354=1352+2=1352⋅1352 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 137 mod 311
8: 1358=1354+4=1354⋅1354 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 109 mod 311
16: 13516=1358+8=1358⋅1358 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 63 mod 311
32: 13532=13516+16=13516⋅13516 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 237 mod 311
64: 13564=13532+32=13532⋅13532 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 189 mod 311
128: 135128=13564+64=13564⋅13564 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 267 mod 311
135166
= 135128+32+4+2
= 135128⋅13532⋅1354⋅1352
≡ 267 ⋅ 237 ⋅ 137 ⋅ 187 mod 311
≡ 63279 ⋅ 137 ⋅ 187 mod 311 ≡ 146 ⋅ 137 ⋅ 187 mod 311
≡ 20002 ⋅ 187 mod 311 ≡ 98 ⋅ 187 mod 311
≡ 18326 mod 311 ≡ 288 mod 311
Es gilt also: 135166 ≡ 288 mod 311
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 52
| =>97 | = 1⋅52 + 45 |
| =>52 | = 1⋅45 + 7 |
| =>45 | = 6⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,52)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 45-6⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(45 -6⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅45 +12⋅ 7) = -2⋅45 +13⋅ 7 (=1) |
| 7= 52-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅45 +13⋅(52 -1⋅ 45)
= -2⋅45 +13⋅52 -13⋅ 45) = 13⋅52 -15⋅ 45 (=1) |
| 45= 97-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅52 -15⋅(97 -1⋅ 52)
= 13⋅52 -15⋅97 +15⋅ 52) = -15⋅97 +28⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,52)=1 = -15⋅97 +28⋅52
oder wenn man -15⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +15⋅97 = +28⋅52
Es gilt also: 28⋅52 = 15⋅97 +1
Somit 28⋅52 = 1 mod 97
28 ist also das Inverse von 52 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
