Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (48 + 25000) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(48 + 25000) mod 5 ≡ (48 mod 5 + 25000 mod 5) mod 5.
48 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48
= 40
25000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25000
= 25000
Somit gilt:
(48 + 25000) mod 5 ≡ (3 + 0) mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 53) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(39 ⋅ 53) mod 7 ≡ (39 mod 7 ⋅ 53 mod 7) mod 7.
39 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 35 + 4 = 5 ⋅ 7 + 4 ist.
53 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 49 + 4 = 7 ⋅ 7 + 4 ist.
Somit gilt:
(39 ⋅ 53) mod 7 ≡ (4 ⋅ 4) mod 7 ≡ 16 mod 7 ≡ 2 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 610128 mod 773.
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. 610 -> x
2. mod(x²,773) -> 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: 6101=610
2: 6102=6101+1=6101⋅6101 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 287 mod 773
4: 6104=6102+2=6102⋅6102 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 431 mod 773
8: 6108=6104+4=6104⋅6104 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 241 mod 773
16: 61016=6108+8=6108⋅6108 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 106 mod 773
32: 61032=61016+16=61016⋅61016 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 414 mod 773
64: 61064=61032+32=61032⋅61032 ≡ 414⋅414=171396 ≡ 563 mod 773
128: 610128=61064+64=61064⋅61064 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 39 mod 773
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 668189 mod 797.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:
189 = 128+32+16+8+4+1
1: 6681=668
2: 6682=6681+1=6681⋅6681 ≡ 668⋅668=446224 ≡ 701 mod 797
4: 6684=6682+2=6682⋅6682 ≡ 701⋅701=491401 ≡ 449 mod 797
8: 6688=6684+4=6684⋅6684 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 757 mod 797
16: 66816=6688+8=6688⋅6688 ≡ 757⋅757=573049 ≡ 6 mod 797
32: 66832=66816+16=66816⋅66816 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 797
64: 66864=66832+32=66832⋅66832 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 499 mod 797
128: 668128=66864+64=66864⋅66864 ≡ 499⋅499=249001 ≡ 337 mod 797
668189
= 668128+32+16+8+4+1
= 668128⋅66832⋅66816⋅6688⋅6684⋅6681
≡ 337 ⋅ 36 ⋅ 6 ⋅ 757 ⋅ 449 ⋅ 668 mod 797
≡ 12132 ⋅ 6 ⋅ 757 ⋅ 449 ⋅ 668 mod 797 ≡ 177 ⋅ 6 ⋅ 757 ⋅ 449 ⋅ 668 mod 797
≡ 1062 ⋅ 757 ⋅ 449 ⋅ 668 mod 797 ≡ 265 ⋅ 757 ⋅ 449 ⋅ 668 mod 797
≡ 200605 ⋅ 449 ⋅ 668 mod 797 ≡ 558 ⋅ 449 ⋅ 668 mod 797
≡ 250542 ⋅ 668 mod 797 ≡ 284 ⋅ 668 mod 797
≡ 189712 mod 797 ≡ 26 mod 797
Es gilt also: 668189 ≡ 26 mod 797
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 32.
Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 32
| =>79 | = 2⋅32 + 15 |
| =>32 | = 2⋅15 + 2 |
| =>15 | = 7⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,32)=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= 15-7⋅2 | |||
| 2= 32-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -7⋅(32 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -7⋅32 +14⋅ 15) = -7⋅32 +15⋅ 15 (=1) |
| 15= 79-2⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -7⋅32 +15⋅(79 -2⋅ 32)
= -7⋅32 +15⋅79 -30⋅ 32) = 15⋅79 -37⋅ 32 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,32)=1 = 15⋅79 -37⋅32
oder wenn man 15⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -15⋅79 = -37⋅32
-37⋅32 = -15⋅79 + 1 |+79⋅32
-37⋅32 + 79⋅32 = -15⋅79 + 79⋅32 + 1
(-37 + 79) ⋅ 32 = (-15 + 32) ⋅ 79 + 1
42⋅32 = 17⋅79 + 1
Es gilt also: 42⋅32 = 17⋅79 +1
Somit 42⋅32 = 1 mod 79
42 ist also das Inverse von 32 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
