Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (11994 + 6001) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(11994 + 6001) mod 6 ≡ (11994 mod 6 + 6001 mod 6) mod 6.
11994 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11994
= 12000
6001 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6001
= 6000
Somit gilt:
(11994 + 6001) mod 6 ≡ (0 + 1) mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (76 ⋅ 95) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(76 ⋅ 95) mod 10 ≡ (76 mod 10 ⋅ 95 mod 10) mod 10.
76 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 70 + 6 = 7 ⋅ 10 + 6 ist.
95 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 90 + 5 = 9 ⋅ 10 + 5 ist.
Somit gilt:
(76 ⋅ 95) mod 10 ≡ (6 ⋅ 5) mod 10 ≡ 30 mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 215128 mod 379.
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. 215 -> x
2. mod(x²,379) -> 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: 2151=215
2: 2152=2151+1=2151⋅2151 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 366 mod 379
4: 2154=2152+2=2152⋅2152 ≡ 366⋅366=133956 ≡ 169 mod 379
8: 2158=2154+4=2154⋅2154 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 136 mod 379
16: 21516=2158+8=2158⋅2158 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 304 mod 379
32: 21532=21516+16=21516⋅21516 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 319 mod 379
64: 21564=21532+32=21532⋅21532 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 189 mod 379
128: 215128=21564+64=21564⋅21564 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 95 mod 379
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 600229 mod 827.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 229 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 229 an und zerlegen 229 in eine Summer von 2er-Potenzen:
229 = 128+64+32+4+1
1: 6001=600
2: 6002=6001+1=6001⋅6001 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 255 mod 827
4: 6004=6002+2=6002⋅6002 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 519 mod 827
8: 6008=6004+4=6004⋅6004 ≡ 519⋅519=269361 ≡ 586 mod 827
16: 60016=6008+8=6008⋅6008 ≡ 586⋅586=343396 ≡ 191 mod 827
32: 60032=60016+16=60016⋅60016 ≡ 191⋅191=36481 ≡ 93 mod 827
64: 60064=60032+32=60032⋅60032 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 379 mod 827
128: 600128=60064+64=60064⋅60064 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 570 mod 827
600229
= 600128+64+32+4+1
= 600128⋅60064⋅60032⋅6004⋅6001
≡ 570 ⋅ 379 ⋅ 93 ⋅ 519 ⋅ 600 mod 827
≡ 216030 ⋅ 93 ⋅ 519 ⋅ 600 mod 827 ≡ 183 ⋅ 93 ⋅ 519 ⋅ 600 mod 827
≡ 17019 ⋅ 519 ⋅ 600 mod 827 ≡ 479 ⋅ 519 ⋅ 600 mod 827
≡ 248601 ⋅ 600 mod 827 ≡ 501 ⋅ 600 mod 827
≡ 300600 mod 827 ≡ 399 mod 827
Es gilt also: 600229 ≡ 399 mod 827
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 22.
Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 22
| =>61 | = 2⋅22 + 17 |
| =>22 | = 1⋅17 + 5 |
| =>17 | = 3⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,22)=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= 17-3⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(17 -3⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅17 +6⋅ 5) = -2⋅17 +7⋅ 5 (=1) |
| 5= 22-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅17 +7⋅(22 -1⋅ 17)
= -2⋅17 +7⋅22 -7⋅ 17) = 7⋅22 -9⋅ 17 (=1) |
| 17= 61-2⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅22 -9⋅(61 -2⋅ 22)
= 7⋅22 -9⋅61 +18⋅ 22) = -9⋅61 +25⋅ 22 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,22)=1 = -9⋅61 +25⋅22
oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅61 = +25⋅22
Es gilt also: 25⋅22 = 9⋅61 +1
Somit 25⋅22 = 1 mod 61
25 ist also das Inverse von 22 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
