Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (285 + 2799) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(285 + 2799) mod 7 ≡ (285 mod 7 + 2799 mod 7) mod 7.
285 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 285
= 280
2799 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2799
= 2800
Somit gilt:
(285 + 2799) mod 7 ≡ (5 + 6) mod 7 ≡ 11 mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (37 ⋅ 62) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(37 ⋅ 62) mod 9 ≡ (37 mod 9 ⋅ 62 mod 9) mod 9.
37 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 4 ⋅ 9 + 1 ist.
62 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 54 + 8 = 6 ⋅ 9 + 8 ist.
Somit gilt:
(37 ⋅ 62) mod 9 ≡ (1 ⋅ 8) mod 9 ≡ 8 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 22364 mod 661.
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. 223 -> x
2. mod(x²,661) -> 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: 2231=223
2: 2232=2231+1=2231⋅2231 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 154 mod 661
4: 2234=2232+2=2232⋅2232 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 581 mod 661
8: 2238=2234+4=2234⋅2234 ≡ 581⋅581=337561 ≡ 451 mod 661
16: 22316=2238+8=2238⋅2238 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 474 mod 661
32: 22332=22316+16=22316⋅22316 ≡ 474⋅474=224676 ≡ 597 mod 661
64: 22364=22332+32=22332⋅22332 ≡ 597⋅597=356409 ≡ 130 mod 661
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 538166 mod 631.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 166 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 166 an und zerlegen 166 in eine Summer von 2er-Potenzen:
166 = 128+32+4+2
1: 5381=538
2: 5382=5381+1=5381⋅5381 ≡ 538⋅538=289444 ≡ 446 mod 631
4: 5384=5382+2=5382⋅5382 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 151 mod 631
8: 5388=5384+4=5384⋅5384 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 85 mod 631
16: 53816=5388+8=5388⋅5388 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 284 mod 631
32: 53832=53816+16=53816⋅53816 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 519 mod 631
64: 53864=53832+32=53832⋅53832 ≡ 519⋅519=269361 ≡ 555 mod 631
128: 538128=53864+64=53864⋅53864 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 97 mod 631
538166
= 538128+32+4+2
= 538128⋅53832⋅5384⋅5382
≡ 97 ⋅ 519 ⋅ 151 ⋅ 446 mod 631
≡ 50343 ⋅ 151 ⋅ 446 mod 631 ≡ 494 ⋅ 151 ⋅ 446 mod 631
≡ 74594 ⋅ 446 mod 631 ≡ 136 ⋅ 446 mod 631
≡ 60656 mod 631 ≡ 80 mod 631
Es gilt also: 538166 ≡ 80 mod 631
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 68.
Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 68
| =>79 | = 1⋅68 + 11 |
| =>68 | = 6⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,68)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 68-6⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(68 -6⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅68 +30⋅ 11) = -5⋅68 +31⋅ 11 (=1) |
| 11= 79-1⋅68 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅68 +31⋅(79 -1⋅ 68)
= -5⋅68 +31⋅79 -31⋅ 68) = 31⋅79 -36⋅ 68 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,68)=1 = 31⋅79 -36⋅68
oder wenn man 31⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -31⋅79 = -36⋅68
-36⋅68 = -31⋅79 + 1 |+79⋅68
-36⋅68 + 79⋅68 = -31⋅79 + 79⋅68 + 1
(-36 + 79) ⋅ 68 = (-31 + 68) ⋅ 79 + 1
43⋅68 = 37⋅79 + 1
Es gilt also: 43⋅68 = 37⋅79 +1
Somit 43⋅68 = 1 mod 79
43 ist also das Inverse von 68 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
