Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20000 - 120) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20000 - 120) mod 4 ≡ (20000 mod 4 - 120 mod 4) mod 4.
20000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20000
= 20000
120 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120
= 120
Somit gilt:
(20000 - 120) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (49 ⋅ 74) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(49 ⋅ 74) mod 5 ≡ (49 mod 5 ⋅ 74 mod 5) mod 5.
49 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 45 + 4 = 9 ⋅ 5 + 4 ist.
74 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 70 + 4 = 14 ⋅ 5 + 4 ist.
Somit gilt:
(49 ⋅ 74) mod 5 ≡ (4 ⋅ 4) mod 5 ≡ 16 mod 5 ≡ 1 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 89128 mod 271.
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. 89 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 891=89
2: 892=891+1=891⋅891 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 62 mod 271
4: 894=892+2=892⋅892 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 50 mod 271
8: 898=894+4=894⋅894 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 61 mod 271
16: 8916=898+8=898⋅898 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 198 mod 271
32: 8932=8916+16=8916⋅8916 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 180 mod 271
64: 8964=8932+32=8932⋅8932 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 151 mod 271
128: 89128=8964+64=8964⋅8964 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 37 mod 271
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 623123 mod 643.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:
123 = 64+32+16+8+2+1
1: 6231=623
2: 6232=6231+1=6231⋅6231 ≡ 623⋅623=388129 ≡ 400 mod 643
4: 6234=6232+2=6232⋅6232 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 536 mod 643
8: 6238=6234+4=6234⋅6234 ≡ 536⋅536=287296 ≡ 518 mod 643
16: 62316=6238+8=6238⋅6238 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 193 mod 643
32: 62332=62316+16=62316⋅62316 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 598 mod 643
64: 62364=62332+32=62332⋅62332 ≡ 598⋅598=357604 ≡ 96 mod 643
623123
= 62364+32+16+8+2+1
= 62364⋅62332⋅62316⋅6238⋅6232⋅6231
≡ 96 ⋅ 598 ⋅ 193 ⋅ 518 ⋅ 400 ⋅ 623 mod 643
≡ 57408 ⋅ 193 ⋅ 518 ⋅ 400 ⋅ 623 mod 643 ≡ 181 ⋅ 193 ⋅ 518 ⋅ 400 ⋅ 623 mod 643
≡ 34933 ⋅ 518 ⋅ 400 ⋅ 623 mod 643 ≡ 211 ⋅ 518 ⋅ 400 ⋅ 623 mod 643
≡ 109298 ⋅ 400 ⋅ 623 mod 643 ≡ 631 ⋅ 400 ⋅ 623 mod 643
≡ 252400 ⋅ 623 mod 643 ≡ 344 ⋅ 623 mod 643
≡ 214312 mod 643 ≡ 193 mod 643
Es gilt also: 623123 ≡ 193 mod 643
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 60.
Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 60
| =>79 | = 1⋅60 + 19 |
| =>60 | = 3⋅19 + 3 |
| =>19 | = 6⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,60)=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= 19-6⋅3 | |||
| 3= 60-3⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -6⋅(60 -3⋅ 19)
= 1⋅19 -6⋅60 +18⋅ 19) = -6⋅60 +19⋅ 19 (=1) |
| 19= 79-1⋅60 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅60 +19⋅(79 -1⋅ 60)
= -6⋅60 +19⋅79 -19⋅ 60) = 19⋅79 -25⋅ 60 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,60)=1 = 19⋅79 -25⋅60
oder wenn man 19⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -19⋅79 = -25⋅60
-25⋅60 = -19⋅79 + 1 |+79⋅60
-25⋅60 + 79⋅60 = -19⋅79 + 79⋅60 + 1
(-25 + 79) ⋅ 60 = (-19 + 60) ⋅ 79 + 1
54⋅60 = 41⋅79 + 1
Es gilt also: 54⋅60 = 41⋅79 +1
Somit 54⋅60 = 1 mod 79
54 ist also das Inverse von 60 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
