Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (114 - 3000) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(114 - 3000) mod 6 ≡ (114 mod 6 - 3000 mod 6) mod 6.
114 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 114
= 120
3000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000
= 3000
Somit gilt:
(114 - 3000) mod 6 ≡ (0 - 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 30) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(32 ⋅ 30) mod 10 ≡ (32 mod 10 ⋅ 30 mod 10) mod 10.
32 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30 + 2 = 3 ⋅ 10 + 2 ist.
30 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 30 + 0 = 3 ⋅ 10 + 0 ist.
Somit gilt:
(32 ⋅ 30) mod 10 ≡ (2 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 569128 mod 1009.
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. 569 -> x
2. mod(x²,1009) -> 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: 5691=569
2: 5692=5691+1=5691⋅5691 ≡ 569⋅569=323761 ≡ 881 mod 1009
4: 5694=5692+2=5692⋅5692 ≡ 881⋅881=776161 ≡ 240 mod 1009
8: 5698=5694+4=5694⋅5694 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 87 mod 1009
16: 56916=5698+8=5698⋅5698 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 506 mod 1009
32: 56932=56916+16=56916⋅56916 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 759 mod 1009
64: 56964=56932+32=56932⋅56932 ≡ 759⋅759=576081 ≡ 951 mod 1009
128: 569128=56964+64=56964⋅56964 ≡ 951⋅951=904401 ≡ 337 mod 1009
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 343178 mod 419.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 178 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 178 an und zerlegen 178 in eine Summer von 2er-Potenzen:
178 = 128+32+16+2
1: 3431=343
2: 3432=3431+1=3431⋅3431 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 329 mod 419
4: 3434=3432+2=3432⋅3432 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 139 mod 419
8: 3438=3434+4=3434⋅3434 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 47 mod 419
16: 34316=3438+8=3438⋅3438 ≡ 47⋅47=2209 ≡ 114 mod 419
32: 34332=34316+16=34316⋅34316 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 7 mod 419
64: 34364=34332+32=34332⋅34332 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 419
128: 343128=34364+64=34364⋅34364 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 306 mod 419
343178
= 343128+32+16+2
= 343128⋅34332⋅34316⋅3432
≡ 306 ⋅ 7 ⋅ 114 ⋅ 329 mod 419
≡ 2142 ⋅ 114 ⋅ 329 mod 419 ≡ 47 ⋅ 114 ⋅ 329 mod 419
≡ 5358 ⋅ 329 mod 419 ≡ 330 ⋅ 329 mod 419
≡ 108570 mod 419 ≡ 49 mod 419
Es gilt also: 343178 ≡ 49 mod 419
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 52
| =>59 | = 1⋅52 + 7 |
| =>52 | = 7⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,52)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 52-7⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(52 -7⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅52 +14⋅ 7) = -2⋅52 +15⋅ 7 (=1) |
| 7= 59-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅52 +15⋅(59 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +15⋅59 -15⋅ 52) = 15⋅59 -17⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,52)=1 = 15⋅59 -17⋅52
oder wenn man 15⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -15⋅59 = -17⋅52
-17⋅52 = -15⋅59 + 1 |+59⋅52
-17⋅52 + 59⋅52 = -15⋅59 + 59⋅52 + 1
(-17 + 59) ⋅ 52 = (-15 + 52) ⋅ 59 + 1
42⋅52 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 42⋅52 = 37⋅59 +1
Somit 42⋅52 = 1 mod 59
42 ist also das Inverse von 52 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
