Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15003 - 122) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15003 - 122) mod 3 ≡ (15003 mod 3 - 122 mod 3) mod 3.
15003 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15003
= 15000
122 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 122
= 120
Somit gilt:
(15003 - 122) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 25) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(93 ⋅ 25) mod 8 ≡ (93 mod 8 ⋅ 25 mod 8) mod 8.
93 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 88 + 5 = 11 ⋅ 8 + 5 ist.
25 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 24 + 1 = 3 ⋅ 8 + 1 ist.
Somit gilt:
(93 ⋅ 25) mod 8 ≡ (5 ⋅ 1) mod 8 ≡ 5 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 365128 mod 541.
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. 365 -> x
2. mod(x²,541) -> 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: 3651=365
2: 3652=3651+1=3651⋅3651 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 139 mod 541
4: 3654=3652+2=3652⋅3652 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 386 mod 541
8: 3658=3654+4=3654⋅3654 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 221 mod 541
16: 36516=3658+8=3658⋅3658 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 151 mod 541
32: 36532=36516+16=36516⋅36516 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 79 mod 541
64: 36564=36532+32=36532⋅36532 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 290 mod 541
128: 365128=36564+64=36564⋅36564 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 245 mod 541
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 295111 mod 317.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 111 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 111 an und zerlegen 111 in eine Summer von 2er-Potenzen:
111 = 64+32+8+4+2+1
1: 2951=295
2: 2952=2951+1=2951⋅2951 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 167 mod 317
4: 2954=2952+2=2952⋅2952 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 310 mod 317
8: 2958=2954+4=2954⋅2954 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 49 mod 317
16: 29516=2958+8=2958⋅2958 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 182 mod 317
32: 29532=29516+16=29516⋅29516 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 156 mod 317
64: 29564=29532+32=29532⋅29532 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 244 mod 317
295111
= 29564+32+8+4+2+1
= 29564⋅29532⋅2958⋅2954⋅2952⋅2951
≡ 244 ⋅ 156 ⋅ 49 ⋅ 310 ⋅ 167 ⋅ 295 mod 317
≡ 38064 ⋅ 49 ⋅ 310 ⋅ 167 ⋅ 295 mod 317 ≡ 24 ⋅ 49 ⋅ 310 ⋅ 167 ⋅ 295 mod 317
≡ 1176 ⋅ 310 ⋅ 167 ⋅ 295 mod 317 ≡ 225 ⋅ 310 ⋅ 167 ⋅ 295 mod 317
≡ 69750 ⋅ 167 ⋅ 295 mod 317 ≡ 10 ⋅ 167 ⋅ 295 mod 317
≡ 1670 ⋅ 295 mod 317 ≡ 85 ⋅ 295 mod 317
≡ 25075 mod 317 ≡ 32 mod 317
Es gilt also: 295111 ≡ 32 mod 317
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 = 79 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
