Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2100 - 27993) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2100 - 27993) mod 7 ≡ (2100 mod 7 - 27993 mod 7) mod 7.
2100 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2100
= 2100
27993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27993
= 28000
Somit gilt:
(2100 - 27993) mod 7 ≡ (0 - 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (88 ⋅ 95) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(88 ⋅ 95) mod 8 ≡ (88 mod 8 ⋅ 95 mod 8) mod 8.
88 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 88 + 0 = 11 ⋅ 8 + 0 ist.
95 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 88 + 7 = 11 ⋅ 8 + 7 ist.
Somit gilt:
(88 ⋅ 95) mod 8 ≡ (0 ⋅ 7) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 32464 mod 761.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 324 -> x
2. mod(x²,761) -> 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: 3241=324
2: 3242=3241+1=3241⋅3241 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 719 mod 761
4: 3244=3242+2=3242⋅3242 ≡ 719⋅719=516961 ≡ 242 mod 761
8: 3248=3244+4=3244⋅3244 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 728 mod 761
16: 32416=3248+8=3248⋅3248 ≡ 728⋅728=529984 ≡ 328 mod 761
32: 32432=32416+16=32416⋅32416 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 283 mod 761
64: 32464=32432+32=32432⋅32432 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 184 mod 761
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 371166 mod 787.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 166 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 166 an und zerlegen 166 in eine Summer von 2er-Potenzen:
166 = 128+32+4+2
1: 3711=371
2: 3712=3711+1=3711⋅3711 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 703 mod 787
4: 3714=3712+2=3712⋅3712 ≡ 703⋅703=494209 ≡ 760 mod 787
8: 3718=3714+4=3714⋅3714 ≡ 760⋅760=577600 ≡ 729 mod 787
16: 37116=3718+8=3718⋅3718 ≡ 729⋅729=531441 ≡ 216 mod 787
32: 37132=37116+16=37116⋅37116 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 223 mod 787
64: 37164=37132+32=37132⋅37132 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 148 mod 787
128: 371128=37164+64=37164⋅37164 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 655 mod 787
371166
= 371128+32+4+2
= 371128⋅37132⋅3714⋅3712
≡ 655 ⋅ 223 ⋅ 760 ⋅ 703 mod 787
≡ 146065 ⋅ 760 ⋅ 703 mod 787 ≡ 470 ⋅ 760 ⋅ 703 mod 787
≡ 357200 ⋅ 703 mod 787 ≡ 689 ⋅ 703 mod 787
≡ 484367 mod 787 ≡ 362 mod 787
Es gilt also: 371166 ≡ 362 mod 787
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 42
| =>67 | = 1⋅42 + 25 |
| =>42 | = 1⋅25 + 17 |
| =>25 | = 1⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,42)=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= 17-2⋅8 | |||
| 8= 25-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -2⋅(25 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅25 +2⋅ 17) = -2⋅25 +3⋅ 17 (=1) |
| 17= 42-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅25 +3⋅(42 -1⋅ 25)
= -2⋅25 +3⋅42 -3⋅ 25) = 3⋅42 -5⋅ 25 (=1) |
| 25= 67-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅42 -5⋅(67 -1⋅ 42)
= 3⋅42 -5⋅67 +5⋅ 42) = -5⋅67 +8⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,42)=1 = -5⋅67 +8⋅42
oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅67 = +8⋅42
Es gilt also: 8⋅42 = 5⋅67 +1
Somit 8⋅42 = 1 mod 67
8 ist also das Inverse von 42 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
