Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (6004 - 122) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(6004 - 122) mod 6 ≡ (6004 mod 6 - 122 mod 6) mod 6.
6004 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6004
= 6000
122 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 122
= 120
Somit gilt:
(6004 - 122) mod 6 ≡ (4 - 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (94 ⋅ 20) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(94 ⋅ 20) mod 6 ≡ (94 mod 6 ⋅ 20 mod 6) mod 6.
94 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 90 + 4 = 15 ⋅ 6 + 4 ist.
20 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 18 + 2 = 3 ⋅ 6 + 2 ist.
Somit gilt:
(94 ⋅ 20) mod 6 ≡ (4 ⋅ 2) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 4638 mod 877.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 463 -> x
2. mod(x²,877) -> 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: 4631=463
2: 4632=4631+1=4631⋅4631 ≡ 463⋅463=214369 ≡ 381 mod 877
4: 4634=4632+2=4632⋅4632 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 456 mod 877
8: 4638=4634+4=4634⋅4634 ≡ 456⋅456=207936 ≡ 87 mod 877
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 531223 mod 881.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 223 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 223 an und zerlegen 223 in eine Summer von 2er-Potenzen:
223 = 128+64+16+8+4+2+1
1: 5311=531
2: 5312=5311+1=5311⋅5311 ≡ 531⋅531=281961 ≡ 41 mod 881
4: 5314=5312+2=5312⋅5312 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 800 mod 881
8: 5318=5314+4=5314⋅5314 ≡ 800⋅800=640000 ≡ 394 mod 881
16: 53116=5318+8=5318⋅5318 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 180 mod 881
32: 53132=53116+16=53116⋅53116 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 684 mod 881
64: 53164=53132+32=53132⋅53132 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 45 mod 881
128: 531128=53164+64=53164⋅53164 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 263 mod 881
531223
= 531128+64+16+8+4+2+1
= 531128⋅53164⋅53116⋅5318⋅5314⋅5312⋅5311
≡ 263 ⋅ 45 ⋅ 180 ⋅ 394 ⋅ 800 ⋅ 41 ⋅ 531 mod 881
≡ 11835 ⋅ 180 ⋅ 394 ⋅ 800 ⋅ 41 ⋅ 531 mod 881 ≡ 382 ⋅ 180 ⋅ 394 ⋅ 800 ⋅ 41 ⋅ 531 mod 881
≡ 68760 ⋅ 394 ⋅ 800 ⋅ 41 ⋅ 531 mod 881 ≡ 42 ⋅ 394 ⋅ 800 ⋅ 41 ⋅ 531 mod 881
≡ 16548 ⋅ 800 ⋅ 41 ⋅ 531 mod 881 ≡ 690 ⋅ 800 ⋅ 41 ⋅ 531 mod 881
≡ 552000 ⋅ 41 ⋅ 531 mod 881 ≡ 494 ⋅ 41 ⋅ 531 mod 881
≡ 20254 ⋅ 531 mod 881 ≡ 872 ⋅ 531 mod 881
≡ 463032 mod 881 ≡ 507 mod 881
Es gilt also: 531223 ≡ 507 mod 881
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 60.
Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 60
| =>89 | = 1⋅60 + 29 |
| =>60 | = 2⋅29 + 2 |
| =>29 | = 14⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,60)=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= 29-14⋅2 | |||
| 2= 60-2⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅29 -14⋅(60 -2⋅ 29)
= 1⋅29 -14⋅60 +28⋅ 29) = -14⋅60 +29⋅ 29 (=1) |
| 29= 89-1⋅60 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -14⋅60 +29⋅(89 -1⋅ 60)
= -14⋅60 +29⋅89 -29⋅ 60) = 29⋅89 -43⋅ 60 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,60)=1 = 29⋅89 -43⋅60
oder wenn man 29⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -29⋅89 = -43⋅60
-43⋅60 = -29⋅89 + 1 |+89⋅60
-43⋅60 + 89⋅60 = -29⋅89 + 89⋅60 + 1
(-43 + 89) ⋅ 60 = (-29 + 60) ⋅ 89 + 1
46⋅60 = 31⋅89 + 1
Es gilt also: 46⋅60 = 31⋅89 +1
Somit 46⋅60 = 1 mod 89
46 ist also das Inverse von 60 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
