Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (178 + 89) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(178 + 89) mod 9 ≡ (178 mod 9 + 89 mod 9) mod 9.
178 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 178
= 180
89 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89
= 90
Somit gilt:
(178 + 89) mod 9 ≡ (7 + 8) mod 9 ≡ 15 mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16 ⋅ 40) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16 ⋅ 40) mod 4 ≡ (16 mod 4 ⋅ 40 mod 4) mod 4.
16 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 16 + 0 = 4 ⋅ 4 + 0 ist.
40 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 40 + 0 = 10 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(16 ⋅ 40) mod 4 ≡ (0 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34964 mod 809.
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. 349 -> 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: 3491=349
2: 3492=3491+1=3491⋅3491 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 451 mod 809
4: 3494=3492+2=3492⋅3492 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 342 mod 809
8: 3498=3494+4=3494⋅3494 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 468 mod 809
16: 34916=3498+8=3498⋅3498 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 594 mod 809
32: 34932=34916+16=34916⋅34916 ≡ 594⋅594=352836 ≡ 112 mod 809
64: 34964=34932+32=34932⋅34932 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 409 mod 809
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 657236 mod 709.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 236 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 236 an und zerlegen 236 in eine Summer von 2er-Potenzen:
236 = 128+64+32+8+4
1: 6571=657
2: 6572=6571+1=6571⋅6571 ≡ 657⋅657=431649 ≡ 577 mod 709
4: 6574=6572+2=6572⋅6572 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 408 mod 709
8: 6578=6574+4=6574⋅6574 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 558 mod 709
16: 65716=6578+8=6578⋅6578 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 113 mod 709
32: 65732=65716+16=65716⋅65716 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 7 mod 709
64: 65764=65732+32=65732⋅65732 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 709
128: 657128=65764+64=65764⋅65764 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 274 mod 709
657236
= 657128+64+32+8+4
= 657128⋅65764⋅65732⋅6578⋅6574
≡ 274 ⋅ 49 ⋅ 7 ⋅ 558 ⋅ 408 mod 709
≡ 13426 ⋅ 7 ⋅ 558 ⋅ 408 mod 709 ≡ 664 ⋅ 7 ⋅ 558 ⋅ 408 mod 709
≡ 4648 ⋅ 558 ⋅ 408 mod 709 ≡ 394 ⋅ 558 ⋅ 408 mod 709
≡ 219852 ⋅ 408 mod 709 ≡ 62 ⋅ 408 mod 709
≡ 25296 mod 709 ≡ 481 mod 709
Es gilt also: 657236 ≡ 481 mod 709
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 38.
Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 38
| =>59 | = 1⋅38 + 21 |
| =>38 | = 1⋅21 + 17 |
| =>21 | = 1⋅17 + 4 |
| =>17 | = 4⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,38)=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= 17-4⋅4 | |||
| 4= 21-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -4⋅(21 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -4⋅21 +4⋅ 17) = -4⋅21 +5⋅ 17 (=1) |
| 17= 38-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅21 +5⋅(38 -1⋅ 21)
= -4⋅21 +5⋅38 -5⋅ 21) = 5⋅38 -9⋅ 21 (=1) |
| 21= 59-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅38 -9⋅(59 -1⋅ 38)
= 5⋅38 -9⋅59 +9⋅ 38) = -9⋅59 +14⋅ 38 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,38)=1 = -9⋅59 +14⋅38
oder wenn man -9⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅59 = +14⋅38
Es gilt also: 14⋅38 = 9⋅59 +1
Somit 14⋅38 = 1 mod 59
14 ist also das Inverse von 38 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
