Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (14005 - 27998) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(14005 - 27998) mod 7 ≡ (14005 mod 7 - 27998 mod 7) mod 7.
14005 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14005
= 14000
27998 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27998
= 28000
Somit gilt:
(14005 - 27998) mod 7 ≡ (5 - 5) mod 7 ≡ 0 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (35 ⋅ 20) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(35 ⋅ 20) mod 10 ≡ (35 mod 10 ⋅ 20 mod 10) mod 10.
35 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 30 + 5 = 3 ⋅ 10 + 5 ist.
20 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 20 + 0 = 2 ⋅ 10 + 0 ist.
Somit gilt:
(35 ⋅ 20) mod 10 ≡ (5 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 51032 mod 787.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 510 -> x
2. mod(x²,787) -> 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: 5101=510
2: 5102=5101+1=5101⋅5101 ≡ 510⋅510=260100 ≡ 390 mod 787
4: 5104=5102+2=5102⋅5102 ≡ 390⋅390=152100 ≡ 209 mod 787
8: 5108=5104+4=5104⋅5104 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 396 mod 787
16: 51016=5108+8=5108⋅5108 ≡ 396⋅396=156816 ≡ 203 mod 787
32: 51032=51016+16=51016⋅51016 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 285 mod 787
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 455237 mod 811.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 237 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 237 an und zerlegen 237 in eine Summer von 2er-Potenzen:
237 = 128+64+32+8+4+1
1: 4551=455
2: 4552=4551+1=4551⋅4551 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 220 mod 811
4: 4554=4552+2=4552⋅4552 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 551 mod 811
8: 4558=4554+4=4554⋅4554 ≡ 551⋅551=303601 ≡ 287 mod 811
16: 45516=4558+8=4558⋅4558 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 458 mod 811
32: 45532=45516+16=45516⋅45516 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 526 mod 811
64: 45564=45532+32=45532⋅45532 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 125 mod 811
128: 455128=45564+64=45564⋅45564 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 216 mod 811
455237
= 455128+64+32+8+4+1
= 455128⋅45564⋅45532⋅4558⋅4554⋅4551
≡ 216 ⋅ 125 ⋅ 526 ⋅ 287 ⋅ 551 ⋅ 455 mod 811
≡ 27000 ⋅ 526 ⋅ 287 ⋅ 551 ⋅ 455 mod 811 ≡ 237 ⋅ 526 ⋅ 287 ⋅ 551 ⋅ 455 mod 811
≡ 124662 ⋅ 287 ⋅ 551 ⋅ 455 mod 811 ≡ 579 ⋅ 287 ⋅ 551 ⋅ 455 mod 811
≡ 166173 ⋅ 551 ⋅ 455 mod 811 ≡ 729 ⋅ 551 ⋅ 455 mod 811
≡ 401679 ⋅ 455 mod 811 ≡ 234 ⋅ 455 mod 811
≡ 106470 mod 811 ≡ 229 mod 811
Es gilt also: 455237 ≡ 229 mod 811
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 58.
Also bestimme x, so dass 58 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 58
| =>67 | = 1⋅58 + 9 |
| =>58 | = 6⋅9 + 4 |
| =>9 | = 2⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,58)=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= 9-2⋅4 | |||
| 4= 58-6⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -2⋅(58 -6⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅58 +12⋅ 9) = -2⋅58 +13⋅ 9 (=1) |
| 9= 67-1⋅58 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅58 +13⋅(67 -1⋅ 58)
= -2⋅58 +13⋅67 -13⋅ 58) = 13⋅67 -15⋅ 58 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,58)=1 = 13⋅67 -15⋅58
oder wenn man 13⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅67 = -15⋅58
-15⋅58 = -13⋅67 + 1 |+67⋅58
-15⋅58 + 67⋅58 = -13⋅67 + 67⋅58 + 1
(-15 + 67) ⋅ 58 = (-13 + 58) ⋅ 67 + 1
52⋅58 = 45⋅67 + 1
Es gilt also: 52⋅58 = 45⋅67 +1
Somit 52⋅58 = 1 mod 67
52 ist also das Inverse von 58 mod 67
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.
