Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (122 - 2004) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(122 - 2004) mod 4 ≡ (122 mod 4 - 2004 mod 4) mod 4.
122 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 122
= 120
2004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2004
= 2000
Somit gilt:
(122 - 2004) mod 4 ≡ (2 - 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 87) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(36 ⋅ 87) mod 7 ≡ (36 mod 7 ⋅ 87 mod 7) mod 7.
36 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 35 + 1 = 5 ⋅ 7 + 1 ist.
87 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 84 + 3 = 12 ⋅ 7 + 3 ist.
Somit gilt:
(36 ⋅ 87) mod 7 ≡ (1 ⋅ 3) mod 7 ≡ 3 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 21116 mod 401.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 211 -> x
2. mod(x²,401) -> 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: 2111=211
2: 2112=2111+1=2111⋅2111 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 10 mod 401
4: 2114=2112+2=2112⋅2112 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 401
8: 2118=2114+4=2114⋅2114 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 376 mod 401
16: 21116=2118+8=2118⋅2118 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 224 mod 401
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 320249 mod 619.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 249 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 249 an und zerlegen 249 in eine Summer von 2er-Potenzen:
249 = 128+64+32+16+8+1
1: 3201=320
2: 3202=3201+1=3201⋅3201 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 265 mod 619
4: 3204=3202+2=3202⋅3202 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 278 mod 619
8: 3208=3204+4=3204⋅3204 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 528 mod 619
16: 32016=3208+8=3208⋅3208 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 234 mod 619
32: 32032=32016+16=32016⋅32016 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 284 mod 619
64: 32064=32032+32=32032⋅32032 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 186 mod 619
128: 320128=32064+64=32064⋅32064 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 551 mod 619
320249
= 320128+64+32+16+8+1
= 320128⋅32064⋅32032⋅32016⋅3208⋅3201
≡ 551 ⋅ 186 ⋅ 284 ⋅ 234 ⋅ 528 ⋅ 320 mod 619
≡ 102486 ⋅ 284 ⋅ 234 ⋅ 528 ⋅ 320 mod 619 ≡ 351 ⋅ 284 ⋅ 234 ⋅ 528 ⋅ 320 mod 619
≡ 99684 ⋅ 234 ⋅ 528 ⋅ 320 mod 619 ≡ 25 ⋅ 234 ⋅ 528 ⋅ 320 mod 619
≡ 5850 ⋅ 528 ⋅ 320 mod 619 ≡ 279 ⋅ 528 ⋅ 320 mod 619
≡ 147312 ⋅ 320 mod 619 ≡ 609 ⋅ 320 mod 619
≡ 194880 mod 619 ≡ 514 mod 619
Es gilt also: 320249 ≡ 514 mod 619
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 66.
Also bestimme x, so dass 66 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 66
| =>83 | = 1⋅66 + 17 |
| =>66 | = 3⋅17 + 15 |
| =>17 | = 1⋅15 + 2 |
| =>15 | = 7⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,66)=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= 15-7⋅2 | |||
| 2= 17-1⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -7⋅(17 -1⋅ 15)
= 1⋅15 -7⋅17 +7⋅ 15) = -7⋅17 +8⋅ 15 (=1) |
| 15= 66-3⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -7⋅17 +8⋅(66 -3⋅ 17)
= -7⋅17 +8⋅66 -24⋅ 17) = 8⋅66 -31⋅ 17 (=1) |
| 17= 83-1⋅66 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 8⋅66 -31⋅(83 -1⋅ 66)
= 8⋅66 -31⋅83 +31⋅ 66) = -31⋅83 +39⋅ 66 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,66)=1 = -31⋅83 +39⋅66
oder wenn man -31⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +31⋅83 = +39⋅66
Es gilt also: 39⋅66 = 31⋅83 +1
Somit 39⋅66 = 1 mod 83
39 ist also das Inverse von 66 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
