(M1) x N : m(x,1) = x. (M2) x, y N : m(x, y ) = s(m(x, y), x)

Ähnliche Dokumente
Probabilistische Primzahltests

RSA Verfahren. Kapitel 7 p. 103

8. Quadratische Reste. Reziprozitätsgesetz

Kongruenzrechnung. 2 Kongruenzrechnung Rechnenregeln Addition und Multiplikation Rechenregeln bzgl. verschiedener Moduln...

Der Zwei-Quadrate-Satz von Fermat

Algebra. Patrik Hubschmid. 8. Oktober 2013

0, v 6 = , v 4 = span(v 1, v 5, v 6 ) = span(v 1, v 2, v 3, v 4, v 5, v 6 ) 4. span(v 1, v 2, v 4 ) = span(v 2, v 3, v 5, v 6 )

Q(n) = n 0 +n 1 +n n k.

Anhang I zur Vorlesung Kryptologie: Elementare Zahlentheorie

5. Übung zum G8-Vorkurs Mathematik (WiSe 2011/12)

Zusatztutorium,

Lenstras Algorithmus für Faktorisierung

11. Primfaktorzerlegungen

Zahlentheorie. Daniel Scholz im Winter 2006 / Überarbeitete Version vom 7. September 2007.

Primzahlzertifikat von Pratt

5.1 Drei wichtige Beweistechniken Erklärungen zu den Beweistechniken... 56

2: Zahlentheorie / Restklassen 2.1: Modulare Arithmetik

Lineare Algebra und Lösung linearer zeitinvarianter Differentialgleichungssysteme

2.2 Nebenklassen, Normalteiler und Faktorgruppen

Zahlentheoretische Grundlagen der Public-Key Kryptographie und deren Behandlung im Mathematikunterricht

Seminar: Lösen Spezieller Gleichungen Wintersemester 2009/2010 Prof. Dr. Annette Huber-Klawitter Betreuer: Stephen Enright-Ward

DLP. Adolphe Kankeu Tamghe ALZAGK SEMINAR. Bremen, den 18. Januar Fachbereich Mathematik und Informatik 1 / 27

Primzahltests G abor SAS

Elementare Zahlentheorie (Version 1)

Mathematische Grundlagen der Kryptographie. 1. Ganze Zahlen 2. Kongruenzen und Restklassenringe. Stefan Brandstädter Jennifer Karstens

Algebra und Zahlentheorie Wintersemester 2013/14

Eigenwerte und Eigenvektoren von Matrizen

Kap. 8: Speziell gewählte Kurven

Randomisierte Primzahltests Paul Gamper

Bestimmung einer ersten

1. Modulare Arithmetik

Aufgaben des MSG-Zirkels 10b Schuljahr 2007/2008

OPERATIONS-RESEARCH (OR)

Computeralgebra in der Lehre am Beispiel Kryptografie

Primzahlen zwischen 50 und 60. Primzahlen zwischen 70 und 80. Primzahlen zwischen 10 und 20. Primzahlen zwischen 40 und 50. den Term 2*x nennt man

4 Kongruenz und Modulorechnung

Karlsruher Institut für Technologie Institut für Algebra und Geometrie

Übungen zum Ferienkurs Lineare Algebra WS 14/15

7 Rechnen mit Polynomen

Lösungen zur Vorrundenprüfung 2006

Elliptische Kurven und ihre Anwendungen in der Kryptographie

Faktorisierung ganzer Zahlen mittels Pollards ρ-methode (1975)

Ferienakademie 2001: Kryptographie und Sicherheit offener Systeme. Faktorisierung. Stefan Büttcher

Das RSA-Verfahren. Armin Litzel. Proseminar Kryptographische Protokolle SS 2009

Verschlüsselung. Chiffrat. Eve

Kleiner Satz von Fermat

vom ggt zu gpg Lars Fischer Die Mathematik von RSA Lars Fischer Intro Mathematik RSA Anhang 1 lars.scher (bei) gmx-topmail.

Elemente der Analysis II

Algebraische Kurven. Vorlesung 26. Die Schnittmultiplizität

3 Das RSA-Kryptosystem

Euklidischer Algorithmus, Restklassenring und seine Struktur, Chinesischer Restklassensatz

GF(2 2 ) Beispiel eines Erweiterungskörpers (1)

Division Für diesen Abschnitt setzen wir voraus, dass der Koeffizientenring ein Körper ist. Betrachte das Schema

7 Der so genannte chinesische Restsatz

Einführung in die Zahlentheorie und algebraische Strukturen

Lösungsblatt zur Vorlesung. Kryptanalyse WS 2009/2010. Blatt 6 / 23. Dezember 2009 / Abgabe bis spätestens 20. Januar 2010, 10 Uhr (vor der Übung)

der einzelnen Aussagen den Wahrheitswert der zusammengesetzten Aussage falsch falsch falsch falsch wahr falsch wahr falsch falsch wahr wahr wahr

Algebra I Wintersemester 2006/07

3.1. Die komplexen Zahlen

Einleitung Shor s Algorithmus Anhang. Thomas Neder. 19. Mai 2009

Elementare Zahlentheorie

RSA-Verschlüsselung. von Johannes Becker Gießen 2006/2008

Teilbarkeit von natürlichen Zahlen

AUFGABEN ZUR KRYPTOLOGIE

Was bisher geschah Kryptographische Systeme (M, C, K, e, d) Verfahren: symmetrisch klassisch: Verschiebechiffren (Spezialfall Caesar-Code)

Automatentheorie und Kryptologie. Computer und Mediensicherheit, FHS Hagenberg

Seminararbeit für das SE Reine Mathematik- Graphentheorie

Anhang IV zur Vorlesung Kryptologie: Public-Key Kryptographie

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN. Abzählbarkeit, Injektivität, Sürjektivität und Bijektivität

Seminar Kryptographie und Datensicherheit

Theorie und Implementation von parallelisierten Pseudozufallszahlengeneratoren

Prüfziffern. Man versucht, solche Fehler zu erkennen, indem man der Zahl eine weitere Ziffern, die sog. Prüfziffern, hinzufügt.

Teile und Herrsche Teil 2

Austausch- bzw. Übergangsprozesse und Gleichgewichtsverteilungen

Funktionen (linear, quadratisch)

Kapitel 4. Euklidische Ringe und die Jordansche Normalform. 4.1 Euklidische Ringe

Zuammenfassung: Reelle Funktionen

Übungsaufgaben LAAG I. für Lehramtsstudenten GS, MS, BS

Mathematik für Informatiker II. Beispiellösungen zur Probeklausur. Aufgabe 1. Aufgabe 2 (5+5 Punkte) Christoph Eisinger Sommersemester 2011

4. Übungsblatt Matrikelnr.:

Kommentierte Musterlösung zur Klausur HM I für Naturwissenschaftler

Optimalitätskriterien

Vorlesung. 1 Zahlentheorie in Z. Leitfaden. 1.1 Teilbarkeit. Angela Holtmann. Algebra und Zahlentheorie. (natürliche Zahlen ohne die Null)

Oft kommt es darauf an, Potenzen a n mod m zu berechnen. Dabei kann n eine sehr groÿe Zahl sein.

Codierung zur Fehlerkorrektur und Fehlererkennung

START MATHEMATIK-STAFFEL 2011 Ihr habt 60 Minuten Zeit für 20 Aufgaben. Die Gesamtzahl der zu erreichenden Punkte ist 500.

Gleichungen Aufgaben und Lösungen

Kapitel 3 Mathematik. Kapitel 3.3. Algebra Gleichungen

9. Anwendungen der Fundamentalgruppe

RSA Verfahren. Ghazwan Al Hayek Hochschule für Technik Stuttgart. 2. November 2008

Lineare Gleichungssysteme

Einführung in Computer Microsystems

Wintersemester 2005/2006 Gedächtnisprotokoll der mündlichen Prüfung

Diskrete Strukturen. Wilfried Buchholz. Skriptum einer 3-std. Vorlesung im Sommersemester 2009 Mathematisches Institut der Universität München

Es gibt einen Algorithmus, der mit polynomialem Aufwand auskommt.

Dr. Jürgen Roth. Fachbereich 6: Abteilung Didaktik der Mathematik. Elemente der Algebra. Dr. Jürgen Roth 3.1

Lineare Gleichungssysteme

K2 MATHEMATIK KLAUSUR. Aufgabe PT WTA WTGS Darst. Gesamtpunktzahl Punkte (max) Punkte Notenpunkte

Standardisierte kompetenzorientierte schriftliche Reifeprüfung. Mathematik. Probeklausur März Teil-1-Aufgaben

01321 Mathematische Grundlagen der Kryptograe Vorbereitung auf die mündliche Prüfung Bei Prof. Unger

Transkript:

Aufgabe 1 3 Punkte) Erinnerung: Die Addition s und die Multilikation m auf N sind die eindeutigen Funktionen s bzw. m: N N N, für die gilt S1) x N : sx,1) x S) x, y N : sx, y ) sx, y) M1) x N : mx,1) x M) x, y N : mx, y ) smx, y), x) Hierbei ist wie in der Vorlesung jeweils x der Nachfolger von x. Zeigen Sie nur unter Verwendung der Peano-Axiome und der definierenden Eigenschaften der Addition S1) und S) und der Multilikation M1) und M), dass gilt: a) sm, ), 1). b) x N : mx,) sx, x). Hierbei ist : 1, 3 :, 4 : 3 und : 4. Geben Sie in jedem Schritt an, welche Eigenschaften Sie verwendet haben. a) sm, ), 1) S1) m, ) M) sm, 1), ) S) sm, 1), 1) S1) m, 1) M1) b) mx,) mx,1 ) M) smx,1), x) M1) sx, x). Imlizit werden die Axione P1), dass es die 1 gibt, und P), dass es die Nachfolger-Funktion gibt, verwendet.

Aufgabe 6 Punkte) a) Formulieren Sie den chinesischen Restsatz. b) Bestimmen Sie drei aufeinanderfolgende natürliche Zahlen, so dass die erste durch 4, die zweite durch 9 und die dritte durch teilbar ist. Lösung Variante 1): a) Seien n, m N mit ggtn, m) 1. Dann ist ein Ringisomorhismus. Z/nmZ Z/nZ Z/mZ, a + nmz a + nz, a + mz) b) Bestimme a N, so dass 4 a 1, 9 a und a+1, d.h. a 1 mod 4, a mod 9 und a 1 mod. Setze a 1 + l, l Z. Dann gilt: + l mod 4 l mod 4 l mod 4 l + 4k, k Z a 1 + l 1 + + 4k) 49 + 1k. Weiter gilt: 49 + 1k mod 9 k + 4 mod 9 k mod 9 k + 9m, m Z a 49 + 1 + 9m) 49 + 9m. Die kleinste natürliche Zahl a, welche die Teilbarkeitsbedingungen erfüllt, ist 49. Eine Lösung sind also die drei Zahlen 48, 49,. Lösung Variante ): a) s.o. b) Aus dem chinesischen Restsatz folgt, dass es eine eindeutige Lösung n gibt mit < n 9. Insbesondere ist n höchstens dreistellig. n ist durch 4 teilbar. Also ist n+ durch aber nicht durch 4 teilbar. Weiterhin ist n+ durch teilbar. Folglich ist n + durch teilbar aber nicht durch 1 und endet also mit den zwei Ziffern. Somit endet n mit den beiden Ziffern 48. Da n + 1 durch 9 teilbar ist, muss die Quersumme kongruent zu -1 modulo 9 sein. Einzige Möglichkeit 48 so zu ergänzen ist n 48.

Aufgabe 3 6 Punkte) Es sei U die von { 1,, 4 } erzeugte Untergrue von Z 3. 1 3 a) Bestimmen Sie die Elementarteiler e 1, e, e 3 von U. b) Bestimmen Sie eine Basis {b 1, b, b 3 } von Z 3, so dass {e 1 b 1, e b, e 3 b 3 } eine Basis von U ist. c) Wieviele Lösungen x Z 3 hat das diohantische Gleichungssystem Ax v mit Lösung Variante 1): 1. Schritt: A 1 4 und v 3? 1 3 1 Der erste Elementarteiler e 1 ist der minimale Inhalt, der in U auftritt. Dies ist nach Vorlesung der größte gemeinsame Teiler der Inhalte der Basisvektoren, also. Wähle einen Vektor c 1 in U mit Inhalt : c 1 : 1 b 1 : 1. Schritt: 1 Inhc 1 ) c 1 1 1. Finde a Z 3 mit a t c 1 e 1, z.b.: a 1 Betrachte die Abbildung Φ 1 : U Z, u a 1t u und sei K 1 : KernΦ 1 ). u U u r 1 1 + r + r 3 4 mit r 1, r, r 3 Z 1 3 r 1 1 u KernΦ 1 ) a 1t u r 1 r +r 3 r 1 r +1r 3 r < 1, 1 > r 3 1 K 1 <, 9 >, e InhK 1 ). 8 Wähle c : b 1. Wähle a : mit a t c e. 1 1 3. Schritt: Betrachte die Abbildung Φ : K 1 Z, u a t u und sei K KernΦ ). u r 1 + r 9 K r 1 8r r 1 16r 8 r1 r ) < ) 16 > und K 1 < 1 >

Folglich ist e 3 InhK ) 1 und c 3 bzw. b 3 können als c 3 1 und b 3 1 gewählt werden. {b 1, b, b 3 } ist dann eine Elementarteiler-Basis für U und die Elementarteiler sind e 1, e und e 3 1. Schließlich gilt: v 3 r 1 b 1 + r b + r 3 b 3 mit r 1, r, r 3 1 Wäre v in U, dann müßte r 3 durch e 3 1 teilbar sein. Somit ist v nicht in U und die Gleichung hat keine Lösung. Lösung Variante ): Zunächst Zeilenumformung, um das LGS zu lösen und die Basis {b 1, b, b 3 } von Z zu berechnen: 1 4 1 3 3 1 1 1 1 14 13 9 14 1 Mit Saltenumformung erhalten wir dann die Elementarteilermatrix: Damit gilt: 19 + 9 + 9 14 1 1 1 1 1 4 1 1 1 3 Wir erhalten: 3 1 1 19 1 9 1 1. Die Elementarteiler sind e 1, e, e 3 1. 1 1. Die Basis {b 1, b, b 3 } sind die Salten von 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1. 1 1 1 1 1 1 3. Nach den Zeilenumformungen sieht man, dass dieses Gleichungssystem keine Lösungen in Z hat, da nicht durch 1 teilbar ist.

Aufgabe 4 6 Punkte) a) Wieviele Elemente hat Z/7Z)? Geben Sie alle Primitivwurzeln von Z/7Z) an, d.h. Elemente, die die Grue Z/7Z) erzeugen. b) Begründen Sie, warum für eine ungerade Primzahl auch Z/ k Z) für jedes k N eine zyklische Grue ist und geben Sie alle Primitivwurzeln von Z/4Z) an. a) Die Restklasse ā ist Einheit in Z/7Z, genau dann wenn a teilerfremd zu 7 ist. Hierbei bezeichne ā die Restklasse von a Z in Z/7Z. Somit besteht Z/7Z) aus ϕ7) 7 9 18 Elementen. Die Ordnung eines Elements teilt nach dem Satz von Lagrange die Gruenordnung, ist also 1,,3,6,9 oder 18. 6 64 1 und 9 6 3 8 1, somit ist die Gruenordnung kein Teiler von 6 oder 9. Also ist sie 18 und ist ein Erzeuger. Die zyklische Grue Z/7Z) ist isomorh zu Z/18Z. Ein Element in Z/18Z ist Erzeuger, falls es teilerfremd zu 18 ist. Somit gibt es ϕ18) 6 Erzeuger und zwar:,, 7, 11 3, 13 11, 17 14. b) Es gilt: Z/ k Z) Z/ k Z) Z/Z) Z/ k Z). Die erste Isomorhie wurde in der Vorlesung mittels chinesischem Restsatzes) gezeigt. Weiterhin ist Z/ k Z) nach Vorlesung eine zyklische Grue, falls ungerade Primzahl ist. Daraus folgt die Behautung. Da Z/4Z) Z/7Z) Z/Z) ist, ist ā genau dann Primitivwurzel in Z/4Z), wenn a modulo 7 kongruent zu einem der in a) gefundenen Werte und modulo kongruent zu 1 ist. Folglich sind die Primitivwurzeln: 9,, 47, 3, 11, 41.

Aufgabe 6 Punkte) a) Es sei r der Kettenbruch [1; ]. Bestimmen Sie x, y Q und D N uadratfrei, so dass r x + y D ist. b) Bestimmen Sie den Kettenbruch zu 9 8. c) Wieviele Dreiecke im Farey-Grahen werden von der hyerbolischen Geraden mit den beiden Endunkten 1 3 und 9 8 geschnitten? a) ) 1 1 1 ) 1 1 ) 1 r) 1 r [1; ] 1 + 1 + 1 r wobei die Matrizen für die zugehörigen Möbiustransformationen stehen. Somit gilt: r 3r+1 r+1. r r 1 r 1, 1 ± 1 ) 3 1 r), 1 3 r> r 1 + 1 3 b) Bestimmung des Kettenbruchs von α 9 8 : a : [ 9 8 ] 3, β 1 : 1 α a 8, a 1 : [ 8 ] 1, β : 1 β 1 a 1 3, a : [ 3 ] 1, β 3 : 1 β a 3, a 3 : [ 3 ] 1, β 4 1 β 3 a 3, a 4. Somit ist r [3; 1, 1, 1, ]. c) Die Enden der hyerbolischen Geraden sind h 9 8 und h 1 3. Nach Vorlesung ist die Schnittfolge der Geraden durch die Kettenbruchentwicklungen von h 9 8 und 3 bestimmt: Die ositive Schnittfolge ist N + L 3 RLRL bzw. L 3 RLRLR und 1 h die negative Schnittfolge ist N R 3 bzw. LR. Die Glieder der Schnittfolge entsrechen genau den Segmenten, in die die Gerade durch den Farey-Grahen zerlegt wird. Folglich schneidet die Gerade 8+3 11 Dreiecke.

Aufgabe 6 6 Punkte) a) Bestimmen Sie das Legendre-Symbol 1 17). b) Seien, zwei ungerade Primzahlen mit ) + 9a für ein a Z. Zeigen Sie: Aus a mod 4 folgt a ) a. Welchen Zusammenhang zwischen den beiden Legendre-Symbolen erhält man, falls a mod 4 ist? 1. 1 17) 17) ) 17 17 1) 1 8 1) 1 17 1 17 ) 17 ) ) 1) 1 8 1. ). Aus + 9a folgt 9a mod und somit gilt ) Analog gilt 9a mod und folglich 9a ) 9a. ). Daher gilt: ) ) 9a 3 ) ) a ) a und ) ) 9a 3 ) ) a ) a. 1) Da a mod 4, gilt auch mod 4. Es folgt: ) 1) 1 1 ), da Insgesamt folgt die Behautung. ) ) 1 ), falls 1 mod 4, ), falls 3 mod 4. { 1, falls 1 mod 4, 1, falls 3 mod 4. Gilt a mod 4, so gilt + 9a + mod 4. Es folgt: ) a 1) ) 1) 1 1 ) ), ) da entweder oder kongruent 1 modulo 4 ist. Weiterhin gilt: ) ), falls 1 mod 4, ), falls 3 mod 4 ) a 1) ) ) ) a ), falls 1 mod 4, ) ) ) a, falls 3 mod 4.

Aufgabe 7 3 Punkte) Welche der folgenden Aussagen ist wahr, welche ist falsch? Begründen Sie wie immer ihre Antwort. a) Die diohantische Gleichung x + 3y 7 hat unendlich viele Lösungen in Z. b) Die diohantische Gleichung x 3y 7 hat genau fünf Lösungen in Z. c) Die diohantische Gleichung x + y 198 hat mindestens eine Lösung in Z. a) Falsch, denn x und y sind beides nicht negative ganze Zahlen, und müssen also beide kleiner als 7 sein. b) Falsch. Nach Vorlesung hat eine Gleichung der Form x Dy M mit D > uadratfrei entweder keine oder unendlich viele Lösungen. Denn die zugehörige Pellsche Gleichung x Dy 1 hat unendlich viele Lösungen. Ist x, y ) Lösung von x Dy M, so erhält man für jede nicht triviale Lösung x, y) von x Dy 1 aus x + y D) x + y D) eine weitere Lösung für die Gleichung x Dy M. Alternativ: Da für x, y) auch stets x, y) eine Lösung ist, und es keine Lösung mit y gibt, muss die Anzahl der Lösungen, falls sie endlich ist, eine gerade Zahl sein. c) Richtig, denn 198 3 61, hierbei ist nur der Primteiler 3 3 mod 4. Dieser kommt uadratisch vor. Somit folgt die Behautung aus dem Zwei-Quadrate-Satz.