Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3997 + 4005) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3997 + 4005) mod 8 ≡ (3997 mod 8 + 4005 mod 8) mod 8.
3997 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3997
= 4000
4005 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4005
= 4000
Somit gilt:
(3997 + 4005) mod 8 ≡ (5 + 5) mod 8 ≡ 10 mod 8 ≡ 2 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 70) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(21 ⋅ 70) mod 8 ≡ (21 mod 8 ⋅ 70 mod 8) mod 8.
21 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 16 + 5 = 2 ⋅ 8 + 5 ist.
70 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 64 + 6 = 8 ⋅ 8 + 6 ist.
Somit gilt:
(21 ⋅ 70) mod 8 ≡ (5 ⋅ 6) mod 8 ≡ 30 mod 8 ≡ 6 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 9364 mod 311.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 93 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 931=93
2: 932=931+1=931⋅931 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 252 mod 311
4: 934=932+2=932⋅932 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 60 mod 311
8: 938=934+4=934⋅934 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 179 mod 311
16: 9316=938+8=938⋅938 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 8 mod 311
32: 9332=9316+16=9316⋅9316 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 311
64: 9364=9332+32=9332⋅9332 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 53 mod 311
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 460191 mod 967.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:
191 = 128+32+16+8+4+2+1
1: 4601=460
2: 4602=4601+1=4601⋅4601 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 794 mod 967
4: 4604=4602+2=4602⋅4602 ≡ 794⋅794=630436 ≡ 919 mod 967
8: 4608=4604+4=4604⋅4604 ≡ 919⋅919=844561 ≡ 370 mod 967
16: 46016=4608+8=4608⋅4608 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 553 mod 967
32: 46032=46016+16=46016⋅46016 ≡ 553⋅553=305809 ≡ 237 mod 967
64: 46064=46032+32=46032⋅46032 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 83 mod 967
128: 460128=46064+64=46064⋅46064 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 120 mod 967
460191
= 460128+32+16+8+4+2+1
= 460128⋅46032⋅46016⋅4608⋅4604⋅4602⋅4601
≡ 120 ⋅ 237 ⋅ 553 ⋅ 370 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967
≡ 28440 ⋅ 553 ⋅ 370 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967 ≡ 397 ⋅ 553 ⋅ 370 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967
≡ 219541 ⋅ 370 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967 ≡ 32 ⋅ 370 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967
≡ 11840 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967 ≡ 236 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967
≡ 216884 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967 ≡ 276 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967
≡ 219144 ⋅ 460 mod 967 ≡ 602 ⋅ 460 mod 967
≡ 276920 mod 967 ≡ 358 mod 967
Es gilt also: 460191 ≡ 358 mod 967
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 55
| =>59 | = 1⋅55 + 4 |
| =>55 | = 13⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,55)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 55-13⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(55 -13⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅55 +13⋅ 4) = -1⋅55 +14⋅ 4 (=1) |
| 4= 59-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅55 +14⋅(59 -1⋅ 55)
= -1⋅55 +14⋅59 -14⋅ 55) = 14⋅59 -15⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,55)=1 = 14⋅59 -15⋅55
oder wenn man 14⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -14⋅59 = -15⋅55
-15⋅55 = -14⋅59 + 1 |+59⋅55
-15⋅55 + 59⋅55 = -14⋅59 + 59⋅55 + 1
(-15 + 59) ⋅ 55 = (-14 + 55) ⋅ 59 + 1
44⋅55 = 41⋅59 + 1
Es gilt also: 44⋅55 = 41⋅59 +1
Somit 44⋅55 = 1 mod 59
44 ist also das Inverse von 55 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
