Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (21002 - 700) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(21002 - 700) mod 7 ≡ (21002 mod 7 - 700 mod 7) mod 7.
21002 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21002
= 21000
700 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 700
= 700
Somit gilt:
(21002 - 700) mod 7 ≡ (2 - 0) mod 7 ≡ 2 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 41) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(96 ⋅ 41) mod 3 ≡ (96 mod 3 ⋅ 41 mod 3) mod 3.
96 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 96 + 0 = 32 ⋅ 3 + 0 ist.
41 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 39 + 2 = 13 ⋅ 3 + 2 ist.
Somit gilt:
(96 ⋅ 41) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 4328 mod 443.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 432 -> x
2. mod(x²,443) -> 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: 4321=432
2: 4322=4321+1=4321⋅4321 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 121 mod 443
4: 4324=4322+2=4322⋅4322 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 22 mod 443
8: 4328=4324+4=4324⋅4324 ≡ 22⋅22=484 ≡ 41 mod 443
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 362247 mod 563.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:
247 = 128+64+32+16+4+2+1
1: 3621=362
2: 3622=3621+1=3621⋅3621 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 428 mod 563
4: 3624=3622+2=3622⋅3622 ≡ 428⋅428=183184 ≡ 209 mod 563
8: 3628=3624+4=3624⋅3624 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 330 mod 563
16: 36216=3628+8=3628⋅3628 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 241 mod 563
32: 36232=36216+16=36216⋅36216 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 92 mod 563
64: 36264=36232+32=36232⋅36232 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 19 mod 563
128: 362128=36264+64=36264⋅36264 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 563
362247
= 362128+64+32+16+4+2+1
= 362128⋅36264⋅36232⋅36216⋅3624⋅3622⋅3621
≡ 361 ⋅ 19 ⋅ 92 ⋅ 241 ⋅ 209 ⋅ 428 ⋅ 362 mod 563
≡ 6859 ⋅ 92 ⋅ 241 ⋅ 209 ⋅ 428 ⋅ 362 mod 563 ≡ 103 ⋅ 92 ⋅ 241 ⋅ 209 ⋅ 428 ⋅ 362 mod 563
≡ 9476 ⋅ 241 ⋅ 209 ⋅ 428 ⋅ 362 mod 563 ≡ 468 ⋅ 241 ⋅ 209 ⋅ 428 ⋅ 362 mod 563
≡ 112788 ⋅ 209 ⋅ 428 ⋅ 362 mod 563 ≡ 188 ⋅ 209 ⋅ 428 ⋅ 362 mod 563
≡ 39292 ⋅ 428 ⋅ 362 mod 563 ≡ 445 ⋅ 428 ⋅ 362 mod 563
≡ 190460 ⋅ 362 mod 563 ≡ 166 ⋅ 362 mod 563
≡ 60092 mod 563 ≡ 414 mod 563
Es gilt also: 362247 ≡ 414 mod 563
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 40.
Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 40
| =>59 | = 1⋅40 + 19 |
| =>40 | = 2⋅19 + 2 |
| =>19 | = 9⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,40)=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= 19-9⋅2 | |||
| 2= 40-2⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -9⋅(40 -2⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅40 +18⋅ 19) = -9⋅40 +19⋅ 19 (=1) |
| 19= 59-1⋅40 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅40 +19⋅(59 -1⋅ 40)
= -9⋅40 +19⋅59 -19⋅ 40) = 19⋅59 -28⋅ 40 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,40)=1 = 19⋅59 -28⋅40
oder wenn man 19⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -19⋅59 = -28⋅40
-28⋅40 = -19⋅59 + 1 |+59⋅40
-28⋅40 + 59⋅40 = -19⋅59 + 59⋅40 + 1
(-28 + 59) ⋅ 40 = (-19 + 40) ⋅ 59 + 1
31⋅40 = 21⋅59 + 1
Es gilt also: 31⋅40 = 21⋅59 +1
Somit 31⋅40 = 1 mod 59
31 ist also das Inverse von 40 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
