Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (8998 - 603) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(8998 - 603) mod 3 ≡ (8998 mod 3 - 603 mod 3) mod 3.
8998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8998
= 9000
603 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 603
= 600
Somit gilt:
(8998 - 603) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16 ⋅ 55) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16 ⋅ 55) mod 5 ≡ (16 mod 5 ⋅ 55 mod 5) mod 5.
16 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 15 + 1 = 3 ⋅ 5 + 1 ist.
55 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 55 + 0 = 11 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(16 ⋅ 55) mod 5 ≡ (1 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 32464 mod 467.
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. 324 -> x
2. mod(x²,467) -> 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: 3241=324
2: 3242=3241+1=3241⋅3241 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 368 mod 467
4: 3244=3242+2=3242⋅3242 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 461 mod 467
8: 3248=3244+4=3244⋅3244 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 36 mod 467
16: 32416=3248+8=3248⋅3248 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 362 mod 467
32: 32432=32416+16=32416⋅32416 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 284 mod 467
64: 32464=32432+32=32432⋅32432 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 332 mod 467
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 336243 mod 1009.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 243 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 243 an und zerlegen 243 in eine Summer von 2er-Potenzen:
243 = 128+64+32+16+2+1
1: 3361=336
2: 3362=3361+1=3361⋅3361 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 897 mod 1009
4: 3364=3362+2=3362⋅3362 ≡ 897⋅897=804609 ≡ 436 mod 1009
8: 3368=3364+4=3364⋅3364 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 404 mod 1009
16: 33616=3368+8=3368⋅3368 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 767 mod 1009
32: 33632=33616+16=33616⋅33616 ≡ 767⋅767=588289 ≡ 42 mod 1009
64: 33664=33632+32=33632⋅33632 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 755 mod 1009
128: 336128=33664+64=33664⋅33664 ≡ 755⋅755=570025 ≡ 949 mod 1009
336243
= 336128+64+32+16+2+1
= 336128⋅33664⋅33632⋅33616⋅3362⋅3361
≡ 949 ⋅ 755 ⋅ 42 ⋅ 767 ⋅ 897 ⋅ 336 mod 1009
≡ 716495 ⋅ 42 ⋅ 767 ⋅ 897 ⋅ 336 mod 1009 ≡ 105 ⋅ 42 ⋅ 767 ⋅ 897 ⋅ 336 mod 1009
≡ 4410 ⋅ 767 ⋅ 897 ⋅ 336 mod 1009 ≡ 374 ⋅ 767 ⋅ 897 ⋅ 336 mod 1009
≡ 286858 ⋅ 897 ⋅ 336 mod 1009 ≡ 302 ⋅ 897 ⋅ 336 mod 1009
≡ 270894 ⋅ 336 mod 1009 ≡ 482 ⋅ 336 mod 1009
≡ 161952 mod 1009 ≡ 512 mod 1009
Es gilt also: 336243 ≡ 512 mod 1009
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 42
| =>59 | = 1⋅42 + 17 |
| =>42 | = 2⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,42)=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= 17-2⋅8 | |||
| 8= 42-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -2⋅(42 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅42 +4⋅ 17) = -2⋅42 +5⋅ 17 (=1) |
| 17= 59-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅42 +5⋅(59 -1⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅59 -5⋅ 42) = 5⋅59 -7⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,42)=1 = 5⋅59 -7⋅42
oder wenn man 5⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅59 = -7⋅42
-7⋅42 = -5⋅59 + 1 |+59⋅42
-7⋅42 + 59⋅42 = -5⋅59 + 59⋅42 + 1
(-7 + 59) ⋅ 42 = (-5 + 42) ⋅ 59 + 1
52⋅42 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 52⋅42 = 37⋅59 +1
Somit 52⋅42 = 1 mod 59
52 ist also das Inverse von 42 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
