Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (52 - 14997) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(52 - 14997) mod 5 ≡ (52 mod 5 - 14997 mod 5) mod 5.
52 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52
= 50
14997 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14997
= 14000
Somit gilt:
(52 - 14997) mod 5 ≡ (2 - 2) mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (77 ⋅ 74) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(77 ⋅ 74) mod 10 ≡ (77 mod 10 ⋅ 74 mod 10) mod 10.
77 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 70 + 7 = 7 ⋅ 10 + 7 ist.
74 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 70 + 4 = 7 ⋅ 10 + 4 ist.
Somit gilt:
(77 ⋅ 74) mod 10 ≡ (7 ⋅ 4) mod 10 ≡ 28 mod 10 ≡ 8 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 42916 mod 491.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 429 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 4291=429
2: 4292=4291+1=4291⋅4291 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 407 mod 491
4: 4294=4292+2=4292⋅4292 ≡ 407⋅407=165649 ≡ 182 mod 491
8: 4298=4294+4=4294⋅4294 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 227 mod 491
16: 42916=4298+8=4298⋅4298 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 465 mod 491
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 681227 mod 877.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:
227 = 128+64+32+2+1
1: 6811=681
2: 6812=6811+1=6811⋅6811 ≡ 681⋅681=463761 ≡ 705 mod 877
4: 6814=6812+2=6812⋅6812 ≡ 705⋅705=497025 ≡ 643 mod 877
8: 6818=6814+4=6814⋅6814 ≡ 643⋅643=413449 ≡ 382 mod 877
16: 68116=6818+8=6818⋅6818 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 342 mod 877
32: 68132=68116+16=68116⋅68116 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 323 mod 877
64: 68164=68132+32=68132⋅68132 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 843 mod 877
128: 681128=68164+64=68164⋅68164 ≡ 843⋅843=710649 ≡ 279 mod 877
681227
= 681128+64+32+2+1
= 681128⋅68164⋅68132⋅6812⋅6811
≡ 279 ⋅ 843 ⋅ 323 ⋅ 705 ⋅ 681 mod 877
≡ 235197 ⋅ 323 ⋅ 705 ⋅ 681 mod 877 ≡ 161 ⋅ 323 ⋅ 705 ⋅ 681 mod 877
≡ 52003 ⋅ 705 ⋅ 681 mod 877 ≡ 260 ⋅ 705 ⋅ 681 mod 877
≡ 183300 ⋅ 681 mod 877 ≡ 7 ⋅ 681 mod 877
≡ 4767 mod 877 ≡ 382 mod 877
Es gilt also: 681227 ≡ 382 mod 877
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 21.
Also bestimme x, so dass 21 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 21
| =>53 | = 2⋅21 + 11 |
| =>21 | = 1⋅11 + 10 |
| =>11 | = 1⋅10 + 1 |
| =>10 | = 10⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,21)=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= 11-1⋅10 | |||
| 10= 21-1⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -1⋅(21 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -1⋅21 +1⋅ 11) = -1⋅21 +2⋅ 11 (=1) |
| 11= 53-2⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅21 +2⋅(53 -2⋅ 21)
= -1⋅21 +2⋅53 -4⋅ 21) = 2⋅53 -5⋅ 21 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,21)=1 = 2⋅53 -5⋅21
oder wenn man 2⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅53 = -5⋅21
-5⋅21 = -2⋅53 + 1 |+53⋅21
-5⋅21 + 53⋅21 = -2⋅53 + 53⋅21 + 1
(-5 + 53) ⋅ 21 = (-2 + 21) ⋅ 53 + 1
48⋅21 = 19⋅53 + 1
Es gilt also: 48⋅21 = 19⋅53 +1
Somit 48⋅21 = 1 mod 53
48 ist also das Inverse von 21 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
