Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (398 - 4003) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(398 - 4003) mod 4 ≡ (398 mod 4 - 4003 mod 4) mod 4.
398 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 398
= 300
4003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4003
= 4000
Somit gilt:
(398 - 4003) mod 4 ≡ (2 - 3) mod 4 ≡ -1 mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 42) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(64 ⋅ 42) mod 3 ≡ (64 mod 3 ⋅ 42 mod 3) mod 3.
64 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 63 + 1 = 21 ⋅ 3 + 1 ist.
42 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 42 + 0 = 14 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(64 ⋅ 42) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 86632 mod 911.
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. 866 -> x
2. mod(x²,911) -> 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: 8661=866
2: 8662=8661+1=8661⋅8661 ≡ 866⋅866=749956 ≡ 203 mod 911
4: 8664=8662+2=8662⋅8662 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 214 mod 911
8: 8668=8664+4=8664⋅8664 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 246 mod 911
16: 86616=8668+8=8668⋅8668 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 390 mod 911
32: 86632=86616+16=86616⋅86616 ≡ 390⋅390=152100 ≡ 874 mod 911
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 369255 mod 421.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 255 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 255 an und zerlegen 255 in eine Summer von 2er-Potenzen:
255 = 128+64+32+16+8+4+2+1
1: 3691=369
2: 3692=3691+1=3691⋅3691 ≡ 369⋅369=136161 ≡ 178 mod 421
4: 3694=3692+2=3692⋅3692 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 109 mod 421
8: 3698=3694+4=3694⋅3694 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 93 mod 421
16: 36916=3698+8=3698⋅3698 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 229 mod 421
32: 36932=36916+16=36916⋅36916 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 237 mod 421
64: 36964=36932+32=36932⋅36932 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 176 mod 421
128: 369128=36964+64=36964⋅36964 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 243 mod 421
369255
= 369128+64+32+16+8+4+2+1
= 369128⋅36964⋅36932⋅36916⋅3698⋅3694⋅3692⋅3691
≡ 243 ⋅ 176 ⋅ 237 ⋅ 229 ⋅ 93 ⋅ 109 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421
≡ 42768 ⋅ 237 ⋅ 229 ⋅ 93 ⋅ 109 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421 ≡ 247 ⋅ 237 ⋅ 229 ⋅ 93 ⋅ 109 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421
≡ 58539 ⋅ 229 ⋅ 93 ⋅ 109 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421 ≡ 20 ⋅ 229 ⋅ 93 ⋅ 109 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421
≡ 4580 ⋅ 93 ⋅ 109 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421 ≡ 370 ⋅ 93 ⋅ 109 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421
≡ 34410 ⋅ 109 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421 ≡ 309 ⋅ 109 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421
≡ 33681 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421 ≡ 1 ⋅ 178 ⋅ 369 mod 421
≡ 178 ⋅ 369 mod 421
≡ 65682 mod 421 ≡ 6 mod 421
Es gilt also: 369255 ≡ 6 mod 421
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 59
| =>89 | = 1⋅59 + 30 |
| =>59 | = 1⋅30 + 29 |
| =>30 | = 1⋅29 + 1 |
| =>29 | = 29⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,59)=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= 30-1⋅29 | |||
| 29= 59-1⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅30 -1⋅(59 -1⋅ 30)
= 1⋅30 -1⋅59 +1⋅ 30) = -1⋅59 +2⋅ 30 (=1) |
| 30= 89-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅59 +2⋅(89 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +2⋅89 -2⋅ 59) = 2⋅89 -3⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,59)=1 = 2⋅89 -3⋅59
oder wenn man 2⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅89 = -3⋅59
-3⋅59 = -2⋅89 + 1 |+89⋅59
-3⋅59 + 89⋅59 = -2⋅89 + 89⋅59 + 1
(-3 + 89) ⋅ 59 = (-2 + 59) ⋅ 89 + 1
86⋅59 = 57⋅89 + 1
Es gilt also: 86⋅59 = 57⋅89 +1
Somit 86⋅59 = 1 mod 89
86 ist also das Inverse von 59 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
