Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17994 + 18002) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17994 + 18002) mod 6 ≡ (17994 mod 6 + 18002 mod 6) mod 6.
17994 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17994
= 18000
18002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18002
= 18000
Somit gilt:
(17994 + 18002) mod 6 ≡ (0 + 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 41) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20 ⋅ 41) mod 7 ≡ (20 mod 7 ⋅ 41 mod 7) mod 7.
20 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 14 + 6 = 2 ⋅ 7 + 6 ist.
41 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 35 + 6 = 5 ⋅ 7 + 6 ist.
Somit gilt:
(20 ⋅ 41) mod 7 ≡ (6 ⋅ 6) mod 7 ≡ 36 mod 7 ≡ 1 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 297128 mod 509.
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. 297 -> x
2. mod(x²,509) -> 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: 2971=297
2: 2972=2971+1=2971⋅2971 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 152 mod 509
4: 2974=2972+2=2972⋅2972 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 199 mod 509
8: 2978=2974+4=2974⋅2974 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 408 mod 509
16: 29716=2978+8=2978⋅2978 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 21 mod 509
32: 29732=29716+16=29716⋅29716 ≡ 21⋅21=441 ≡ 441 mod 509
64: 29764=29732+32=29732⋅29732 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 43 mod 509
128: 297128=29764+64=29764⋅29764 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 322 mod 509
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 43391 mod 503.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 91 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 91 an und zerlegen 91 in eine Summer von 2er-Potenzen:
91 = 64+16+8+2+1
1: 4331=433
2: 4332=4331+1=4331⋅4331 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 373 mod 503
4: 4334=4332+2=4332⋅4332 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 301 mod 503
8: 4338=4334+4=4334⋅4334 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 61 mod 503
16: 43316=4338+8=4338⋅4338 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 200 mod 503
32: 43332=43316+16=43316⋅43316 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 263 mod 503
64: 43364=43332+32=43332⋅43332 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 258 mod 503
43391
= 43364+16+8+2+1
= 43364⋅43316⋅4338⋅4332⋅4331
≡ 258 ⋅ 200 ⋅ 61 ⋅ 373 ⋅ 433 mod 503
≡ 51600 ⋅ 61 ⋅ 373 ⋅ 433 mod 503 ≡ 294 ⋅ 61 ⋅ 373 ⋅ 433 mod 503
≡ 17934 ⋅ 373 ⋅ 433 mod 503 ≡ 329 ⋅ 373 ⋅ 433 mod 503
≡ 122717 ⋅ 433 mod 503 ≡ 488 ⋅ 433 mod 503
≡ 211304 mod 503 ≡ 44 mod 503
Es gilt also: 43391 ≡ 44 mod 503
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 53.
Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 53
| =>89 | = 1⋅53 + 36 |
| =>53 | = 1⋅36 + 17 |
| =>36 | = 2⋅17 + 2 |
| =>17 | = 8⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,53)=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= 17-8⋅2 | |||
| 2= 36-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17) = -8⋅36 +17⋅ 17 (=1) |
| 17= 53-1⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36) = 17⋅53 -25⋅ 36 (=1) |
| 36= 89-1⋅53 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 17⋅53 -25⋅(89 -1⋅ 53)
= 17⋅53 -25⋅89 +25⋅ 53) = -25⋅89 +42⋅ 53 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,53)=1 = -25⋅89 +42⋅53
oder wenn man -25⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +25⋅89 = +42⋅53
Es gilt also: 42⋅53 = 25⋅89 +1
Somit 42⋅53 = 1 mod 89
42 ist also das Inverse von 53 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
