Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (505 + 19999) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(505 + 19999) mod 5 ≡ (505 mod 5 + 19999 mod 5) mod 5.
505 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 505
= 500
19999 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19999
= 19000
Somit gilt:
(505 + 19999) mod 5 ≡ (0 + 4) mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 37) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(32 ⋅ 37) mod 6 ≡ (32 mod 6 ⋅ 37 mod 6) mod 6.
32 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30 + 2 = 5 ⋅ 6 + 2 ist.
37 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 6 ⋅ 6 + 1 ist.
Somit gilt:
(32 ⋅ 37) mod 6 ≡ (2 ⋅ 1) mod 6 ≡ 2 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 242128 mod 431.
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. 242 -> x
2. mod(x²,431) -> 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: 2421=242
2: 2422=2421+1=2421⋅2421 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 379 mod 431
4: 2424=2422+2=2422⋅2422 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 118 mod 431
8: 2428=2424+4=2424⋅2424 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 132 mod 431
16: 24216=2428+8=2428⋅2428 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 184 mod 431
32: 24232=24216+16=24216⋅24216 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 238 mod 431
64: 24264=24232+32=24232⋅24232 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 183 mod 431
128: 242128=24264+64=24264⋅24264 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 302 mod 431
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 269193 mod 883.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 193 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 193 an und zerlegen 193 in eine Summer von 2er-Potenzen:
193 = 128+64+1
1: 2691=269
2: 2692=2691+1=2691⋅2691 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 838 mod 883
4: 2694=2692+2=2692⋅2692 ≡ 838⋅838=702244 ≡ 259 mod 883
8: 2698=2694+4=2694⋅2694 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 856 mod 883
16: 26916=2698+8=2698⋅2698 ≡ 856⋅856=732736 ≡ 729 mod 883
32: 26932=26916+16=26916⋅26916 ≡ 729⋅729=531441 ≡ 758 mod 883
64: 26964=26932+32=26932⋅26932 ≡ 758⋅758=574564 ≡ 614 mod 883
128: 269128=26964+64=26964⋅26964 ≡ 614⋅614=376996 ≡ 838 mod 883
269193
= 269128+64+1
= 269128⋅26964⋅2691
≡ 838 ⋅ 614 ⋅ 269 mod 883
≡ 514532 ⋅ 269 mod 883 ≡ 626 ⋅ 269 mod 883
≡ 168394 mod 883 ≡ 624 mod 883
Es gilt also: 269193 ≡ 624 mod 883
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 50.
Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 50
| =>61 | = 1⋅50 + 11 |
| =>50 | = 4⋅11 + 6 |
| =>11 | = 1⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,50)=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= 6-1⋅5 | |||
| 5= 11-1⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(11 -1⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅11 +1⋅ 6) = -1⋅11 +2⋅ 6 (=1) |
| 6= 50-4⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅11 +2⋅(50 -4⋅ 11)
= -1⋅11 +2⋅50 -8⋅ 11) = 2⋅50 -9⋅ 11 (=1) |
| 11= 61-1⋅50 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅50 -9⋅(61 -1⋅ 50)
= 2⋅50 -9⋅61 +9⋅ 50) = -9⋅61 +11⋅ 50 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,50)=1 = -9⋅61 +11⋅50
oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅61 = +11⋅50
Es gilt also: 11⋅50 = 9⋅61 +1
Somit 11⋅50 = 1 mod 61
11 ist also das Inverse von 50 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
