Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15995 + 7999) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15995 + 7999) mod 8 ≡ (15995 mod 8 + 7999 mod 8) mod 8.
15995 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15995
= 15000
7999 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7999
= 7000
Somit gilt:
(15995 + 7999) mod 8 ≡ (3 + 7) mod 8 ≡ 10 mod 8 ≡ 2 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (88 ⋅ 37) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(88 ⋅ 37) mod 10 ≡ (88 mod 10 ⋅ 37 mod 10) mod 10.
88 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 80 + 8 = 8 ⋅ 10 + 8 ist.
37 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 30 + 7 = 3 ⋅ 10 + 7 ist.
Somit gilt:
(88 ⋅ 37) mod 10 ≡ (8 ⋅ 7) mod 10 ≡ 56 mod 10 ≡ 6 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 12932 mod 347.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 129 -> x
2. mod(x²,347) -> 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: 1291=129
2: 1292=1291+1=1291⋅1291 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 332 mod 347
4: 1294=1292+2=1292⋅1292 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 225 mod 347
8: 1298=1294+4=1294⋅1294 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 310 mod 347
16: 12916=1298+8=1298⋅1298 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 328 mod 347
32: 12932=12916+16=12916⋅12916 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 14 mod 347
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 379254 mod 701.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 254 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 254 an und zerlegen 254 in eine Summer von 2er-Potenzen:
254 = 128+64+32+16+8+4+2
1: 3791=379
2: 3792=3791+1=3791⋅3791 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 637 mod 701
4: 3794=3792+2=3792⋅3792 ≡ 637⋅637=405769 ≡ 591 mod 701
8: 3798=3794+4=3794⋅3794 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 183 mod 701
16: 37916=3798+8=3798⋅3798 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 542 mod 701
32: 37932=37916+16=37916⋅37916 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 45 mod 701
64: 37964=37932+32=37932⋅37932 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 623 mod 701
128: 379128=37964+64=37964⋅37964 ≡ 623⋅623=388129 ≡ 476 mod 701
379254
= 379128+64+32+16+8+4+2
= 379128⋅37964⋅37932⋅37916⋅3798⋅3794⋅3792
≡ 476 ⋅ 623 ⋅ 45 ⋅ 542 ⋅ 183 ⋅ 591 ⋅ 637 mod 701
≡ 296548 ⋅ 45 ⋅ 542 ⋅ 183 ⋅ 591 ⋅ 637 mod 701 ≡ 25 ⋅ 45 ⋅ 542 ⋅ 183 ⋅ 591 ⋅ 637 mod 701
≡ 1125 ⋅ 542 ⋅ 183 ⋅ 591 ⋅ 637 mod 701 ≡ 424 ⋅ 542 ⋅ 183 ⋅ 591 ⋅ 637 mod 701
≡ 229808 ⋅ 183 ⋅ 591 ⋅ 637 mod 701 ≡ 581 ⋅ 183 ⋅ 591 ⋅ 637 mod 701
≡ 106323 ⋅ 591 ⋅ 637 mod 701 ≡ 472 ⋅ 591 ⋅ 637 mod 701
≡ 278952 ⋅ 637 mod 701 ≡ 655 ⋅ 637 mod 701
≡ 417235 mod 701 ≡ 140 mod 701
Es gilt also: 379254 ≡ 140 mod 701
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 60.
Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 60
=>79 | = 1⋅60 + 19 |
=>60 | = 3⋅19 + 3 |
=>19 | = 6⋅3 + 1 |
=>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,60)=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= 19-6⋅3 | |||
3= 60-3⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -6⋅(60 -3⋅ 19)
= 1⋅19 -6⋅60 +18⋅ 19) = -6⋅60 +19⋅ 19 (=1) |
19= 79-1⋅60 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅60 +19⋅(79 -1⋅ 60)
= -6⋅60 +19⋅79 -19⋅ 60) = 19⋅79 -25⋅ 60 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,60)=1 = 19⋅79 -25⋅60
oder wenn man 19⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -19⋅79 = -25⋅60
-25⋅60 = -19⋅79 + 1 |+79⋅60
-25⋅60 + 79⋅60 = -19⋅79 + 79⋅60 + 1
(-25 + 79) ⋅ 60 = (-19 + 60) ⋅ 79 + 1
54⋅60 = 41⋅79 + 1
Es gilt also: 54⋅60 = 41⋅79 +1
Somit 54⋅60 = 1 mod 79
54 ist also das Inverse von 60 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.