Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1497 - 30) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1497 - 30) mod 3 ≡ (1497 mod 3 - 30 mod 3) mod 3.
1497 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1497
= 1500
30 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30
= 30
Somit gilt:
(1497 - 30) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 20) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(99 ⋅ 20) mod 11 ≡ (99 mod 11 ⋅ 20 mod 11) mod 11.
99 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 99 + 0 = 9 ⋅ 11 + 0 ist.
20 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 11 + 9 = 1 ⋅ 11 + 9 ist.
Somit gilt:
(99 ⋅ 20) mod 11 ≡ (0 ⋅ 9) mod 11 ≡ 0 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 542128 mod 877.
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. 542 -> x
2. mod(x²,877) -> 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: 5421=542
2: 5422=5421+1=5421⋅5421 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 846 mod 877
4: 5424=5422+2=5422⋅5422 ≡ 846⋅846=715716 ≡ 84 mod 877
8: 5428=5424+4=5424⋅5424 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 40 mod 877
16: 54216=5428+8=5428⋅5428 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 723 mod 877
32: 54232=54216+16=54216⋅54216 ≡ 723⋅723=522729 ≡ 37 mod 877
64: 54264=54232+32=54232⋅54232 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 492 mod 877
128: 542128=54264+64=54264⋅54264 ≡ 492⋅492=242064 ≡ 12 mod 877
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 474154 mod 601.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 154 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 154 an und zerlegen 154 in eine Summer von 2er-Potenzen:
154 = 128+16+8+2
1: 4741=474
2: 4742=4741+1=4741⋅4741 ≡ 474⋅474=224676 ≡ 503 mod 601
4: 4744=4742+2=4742⋅4742 ≡ 503⋅503=253009 ≡ 589 mod 601
8: 4748=4744+4=4744⋅4744 ≡ 589⋅589=346921 ≡ 144 mod 601
16: 47416=4748+8=4748⋅4748 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 302 mod 601
32: 47432=47416+16=47416⋅47416 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 453 mod 601
64: 47464=47432+32=47432⋅47432 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 268 mod 601
128: 474128=47464+64=47464⋅47464 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 305 mod 601
474154
= 474128+16+8+2
= 474128⋅47416⋅4748⋅4742
≡ 305 ⋅ 302 ⋅ 144 ⋅ 503 mod 601
≡ 92110 ⋅ 144 ⋅ 503 mod 601 ≡ 157 ⋅ 144 ⋅ 503 mod 601
≡ 22608 ⋅ 503 mod 601 ≡ 371 ⋅ 503 mod 601
≡ 186613 mod 601 ≡ 303 mod 601
Es gilt also: 474154 ≡ 303 mod 601
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 31
| =>59 | = 1⋅31 + 28 |
| =>31 | = 1⋅28 + 3 |
| =>28 | = 9⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,31)=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= 28-9⋅3 | |||
| 3= 31-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅28 -9⋅(31 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -9⋅31 +9⋅ 28) = -9⋅31 +10⋅ 28 (=1) |
| 28= 59-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅31 +10⋅(59 -1⋅ 31)
= -9⋅31 +10⋅59 -10⋅ 31) = 10⋅59 -19⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,31)=1 = 10⋅59 -19⋅31
oder wenn man 10⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -10⋅59 = -19⋅31
-19⋅31 = -10⋅59 + 1 |+59⋅31
-19⋅31 + 59⋅31 = -10⋅59 + 59⋅31 + 1
(-19 + 59) ⋅ 31 = (-10 + 31) ⋅ 59 + 1
40⋅31 = 21⋅59 + 1
Es gilt also: 40⋅31 = 21⋅59 +1
Somit 40⋅31 = 1 mod 59
40 ist also das Inverse von 31 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
