Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (7999 - 1200) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(7999 - 1200) mod 4 ≡ (7999 mod 4 - 1200 mod 4) mod 4.
7999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7999
= 7000
1200 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200
= 1200
Somit gilt:
(7999 - 1200) mod 4 ≡ (3 - 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 16) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(36 ⋅ 16) mod 7 ≡ (36 mod 7 ⋅ 16 mod 7) mod 7.
36 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 35 + 1 = 5 ⋅ 7 + 1 ist.
16 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 14 + 2 = 2 ⋅ 7 + 2 ist.
Somit gilt:
(36 ⋅ 16) mod 7 ≡ (1 ⋅ 2) mod 7 ≡ 2 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 206128 mod 307.
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. 206 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 2061=206
2: 2062=2061+1=2061⋅2061 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 70 mod 307
4: 2064=2062+2=2062⋅2062 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 295 mod 307
8: 2068=2064+4=2064⋅2064 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 144 mod 307
16: 20616=2068+8=2068⋅2068 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 167 mod 307
32: 20632=20616+16=20616⋅20616 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 259 mod 307
64: 20664=20632+32=20632⋅20632 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 155 mod 307
128: 206128=20664+64=20664⋅20664 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 79 mod 307
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 274114 mod 349.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 114 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 114 an und zerlegen 114 in eine Summer von 2er-Potenzen:
114 = 64+32+16+2
1: 2741=274
2: 2742=2741+1=2741⋅2741 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 41 mod 349
4: 2744=2742+2=2742⋅2742 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 285 mod 349
8: 2748=2744+4=2744⋅2744 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 257 mod 349
16: 27416=2748+8=2748⋅2748 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 88 mod 349
32: 27432=27416+16=27416⋅27416 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 66 mod 349
64: 27464=27432+32=27432⋅27432 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 168 mod 349
274114
= 27464+32+16+2
= 27464⋅27432⋅27416⋅2742
≡ 168 ⋅ 66 ⋅ 88 ⋅ 41 mod 349
≡ 11088 ⋅ 88 ⋅ 41 mod 349 ≡ 269 ⋅ 88 ⋅ 41 mod 349
≡ 23672 ⋅ 41 mod 349 ≡ 289 ⋅ 41 mod 349
≡ 11849 mod 349 ≡ 332 mod 349
Es gilt also: 274114 ≡ 332 mod 349
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 89.
Also bestimme x, so dass 89 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 89
| =>101 | = 1⋅89 + 12 |
| =>89 | = 7⋅12 + 5 |
| =>12 | = 2⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,89)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 12-2⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5) = -2⋅12 +5⋅ 5 (=1) |
| 5= 89-7⋅12 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅12 +5⋅(89 -7⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅89 -35⋅ 12) = 5⋅89 -37⋅ 12 (=1) |
| 12= 101-1⋅89 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅89 -37⋅(101 -1⋅ 89)
= 5⋅89 -37⋅101 +37⋅ 89) = -37⋅101 +42⋅ 89 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,89)=1 = -37⋅101 +42⋅89
oder wenn man -37⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +37⋅101 = +42⋅89
Es gilt also: 42⋅89 = 37⋅101 +1
Somit 42⋅89 = 1 mod 101
42 ist also das Inverse von 89 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
