Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (64 - 697) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(64 - 697) mod 7 ≡ (64 mod 7 - 697 mod 7) mod 7.
64 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64
= 70
697 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 697
= 700
Somit gilt:
(64 - 697) mod 7 ≡ (1 - 4) mod 7 ≡ -3 mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 52) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19 ⋅ 52) mod 3 ≡ (19 mod 3 ⋅ 52 mod 3) mod 3.
19 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 6 ⋅ 3 + 1 ist.
52 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 51 + 1 = 17 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(19 ⋅ 52) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 57764 mod 941.
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. 577 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 5771=577
2: 5772=5771+1=5771⋅5771 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 756 mod 941
4: 5774=5772+2=5772⋅5772 ≡ 756⋅756=571536 ≡ 349 mod 941
8: 5778=5774+4=5774⋅5774 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 412 mod 941
16: 57716=5778+8=5778⋅5778 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 364 mod 941
32: 57732=57716+16=57716⋅57716 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 756 mod 941
64: 57764=57732+32=57732⋅57732 ≡ 756⋅756=571536 ≡ 349 mod 941
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 909111 mod 947.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 111 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 111 an und zerlegen 111 in eine Summer von 2er-Potenzen:
111 = 64+32+8+4+2+1
1: 9091=909
2: 9092=9091+1=9091⋅9091 ≡ 909⋅909=826281 ≡ 497 mod 947
4: 9094=9092+2=9092⋅9092 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 789 mod 947
8: 9098=9094+4=9094⋅9094 ≡ 789⋅789=622521 ≡ 342 mod 947
16: 90916=9098+8=9098⋅9098 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 483 mod 947
32: 90932=90916+16=90916⋅90916 ≡ 483⋅483=233289 ≡ 327 mod 947
64: 90964=90932+32=90932⋅90932 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 865 mod 947
909111
= 90964+32+8+4+2+1
= 90964⋅90932⋅9098⋅9094⋅9092⋅9091
≡ 865 ⋅ 327 ⋅ 342 ⋅ 789 ⋅ 497 ⋅ 909 mod 947
≡ 282855 ⋅ 342 ⋅ 789 ⋅ 497 ⋅ 909 mod 947 ≡ 649 ⋅ 342 ⋅ 789 ⋅ 497 ⋅ 909 mod 947
≡ 221958 ⋅ 789 ⋅ 497 ⋅ 909 mod 947 ≡ 360 ⋅ 789 ⋅ 497 ⋅ 909 mod 947
≡ 284040 ⋅ 497 ⋅ 909 mod 947 ≡ 887 ⋅ 497 ⋅ 909 mod 947
≡ 440839 ⋅ 909 mod 947 ≡ 484 ⋅ 909 mod 947
≡ 439956 mod 947 ≡ 548 mod 947
Es gilt also: 909111 ≡ 548 mod 947
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 54.
Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 54
| =>97 | = 1⋅54 + 43 |
| =>54 | = 1⋅43 + 11 |
| =>43 | = 3⋅11 + 10 |
| =>11 | = 1⋅10 + 1 |
| =>10 | = 10⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,54)=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= 11-1⋅10 | |||
| 10= 43-3⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -1⋅(43 -3⋅ 11)
= 1⋅11 -1⋅43 +3⋅ 11) = -1⋅43 +4⋅ 11 (=1) |
| 11= 54-1⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅43 +4⋅(54 -1⋅ 43)
= -1⋅43 +4⋅54 -4⋅ 43) = 4⋅54 -5⋅ 43 (=1) |
| 43= 97-1⋅54 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅54 -5⋅(97 -1⋅ 54)
= 4⋅54 -5⋅97 +5⋅ 54) = -5⋅97 +9⋅ 54 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,54)=1 = -5⋅97 +9⋅54
oder wenn man -5⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅97 = +9⋅54
Es gilt also: 9⋅54 = 5⋅97 +1
Somit 9⋅54 = 1 mod 97
9 ist also das Inverse von 54 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
