Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1198 - 598) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1198 - 598) mod 3 ≡ (1198 mod 3 - 598 mod 3) mod 3.
1198 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1198
= 1200
598 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 598
= 600
Somit gilt:
(1198 - 598) mod 3 ≡ (1 - 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 38) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(93 ⋅ 38) mod 6 ≡ (93 mod 6 ⋅ 38 mod 6) mod 6.
93 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 15 ⋅ 6 + 3 ist.
38 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 6 ⋅ 6 + 2 ist.
Somit gilt:
(93 ⋅ 38) mod 6 ≡ (3 ⋅ 2) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 301128 mod 809.
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. 301 -> x
2. mod(x²,809) -> 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: 3011=301
2: 3012=3011+1=3011⋅3011 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 802 mod 809
4: 3014=3012+2=3012⋅3012 ≡ 802⋅802=643204 ≡ 49 mod 809
8: 3018=3014+4=3014⋅3014 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 783 mod 809
16: 30116=3018+8=3018⋅3018 ≡ 783⋅783=613089 ≡ 676 mod 809
32: 30132=30116+16=30116⋅30116 ≡ 676⋅676=456976 ≡ 700 mod 809
64: 30164=30132+32=30132⋅30132 ≡ 700⋅700=490000 ≡ 555 mod 809
128: 301128=30164+64=30164⋅30164 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 605 mod 809
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 249182 mod 277.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 182 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 182 an und zerlegen 182 in eine Summer von 2er-Potenzen:
182 = 128+32+16+4+2
1: 2491=249
2: 2492=2491+1=2491⋅2491 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 230 mod 277
4: 2494=2492+2=2492⋅2492 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 270 mod 277
8: 2498=2494+4=2494⋅2494 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 49 mod 277
16: 24916=2498+8=2498⋅2498 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 185 mod 277
32: 24932=24916+16=24916⋅24916 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 154 mod 277
64: 24964=24932+32=24932⋅24932 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 171 mod 277
128: 249128=24964+64=24964⋅24964 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 156 mod 277
249182
= 249128+32+16+4+2
= 249128⋅24932⋅24916⋅2494⋅2492
≡ 156 ⋅ 154 ⋅ 185 ⋅ 270 ⋅ 230 mod 277
≡ 24024 ⋅ 185 ⋅ 270 ⋅ 230 mod 277 ≡ 202 ⋅ 185 ⋅ 270 ⋅ 230 mod 277
≡ 37370 ⋅ 270 ⋅ 230 mod 277 ≡ 252 ⋅ 270 ⋅ 230 mod 277
≡ 68040 ⋅ 230 mod 277 ≡ 175 ⋅ 230 mod 277
≡ 40250 mod 277 ≡ 85 mod 277
Es gilt also: 249182 ≡ 85 mod 277
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 30.
Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 30
| =>83 | = 2⋅30 + 23 |
| =>30 | = 1⋅23 + 7 |
| =>23 | = 3⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,30)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 23-3⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7) = -3⋅23 +10⋅ 7 (=1) |
| 7= 30-1⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅23 +10⋅(30 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅30 -10⋅ 23) = 10⋅30 -13⋅ 23 (=1) |
| 23= 83-2⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 10⋅30 -13⋅(83 -2⋅ 30)
= 10⋅30 -13⋅83 +26⋅ 30) = -13⋅83 +36⋅ 30 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,30)=1 = -13⋅83 +36⋅30
oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅83 = +36⋅30
Es gilt also: 36⋅30 = 13⋅83 +1
Somit 36⋅30 = 1 mod 83
36 ist also das Inverse von 30 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
