Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1498 - 1502) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1498 - 1502) mod 3 ≡ (1498 mod 3 - 1502 mod 3) mod 3.
1498 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1498
= 1500
1502 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1502
= 1500
Somit gilt:
(1498 - 1502) mod 3 ≡ (1 - 2) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (27 ⋅ 19) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(27 ⋅ 19) mod 4 ≡ (27 mod 4 ⋅ 19 mod 4) mod 4.
27 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 24 + 3 = 6 ⋅ 4 + 3 ist.
19 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 16 + 3 = 4 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(27 ⋅ 19) mod 4 ≡ (3 ⋅ 3) mod 4 ≡ 9 mod 4 ≡ 1 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 537128 mod 769.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 537 -> x
2. mod(x²,769) -> 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: 5371=537
2: 5372=5371+1=5371⋅5371 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 763 mod 769
4: 5374=5372+2=5372⋅5372 ≡ 763⋅763=582169 ≡ 36 mod 769
8: 5378=5374+4=5374⋅5374 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 527 mod 769
16: 53716=5378+8=5378⋅5378 ≡ 527⋅527=277729 ≡ 120 mod 769
32: 53732=53716+16=53716⋅53716 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 558 mod 769
64: 53764=53732+32=53732⋅53732 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 688 mod 769
128: 537128=53764+64=53764⋅53764 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 409 mod 769
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 419247 mod 761.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:
247 = 128+64+32+16+4+2+1
1: 4191=419
2: 4192=4191+1=4191⋅4191 ≡ 419⋅419=175561 ≡ 531 mod 761
4: 4194=4192+2=4192⋅4192 ≡ 531⋅531=281961 ≡ 391 mod 761
8: 4198=4194+4=4194⋅4194 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 681 mod 761
16: 41916=4198+8=4198⋅4198 ≡ 681⋅681=463761 ≡ 312 mod 761
32: 41932=41916+16=41916⋅41916 ≡ 312⋅312=97344 ≡ 697 mod 761
64: 41964=41932+32=41932⋅41932 ≡ 697⋅697=485809 ≡ 291 mod 761
128: 419128=41964+64=41964⋅41964 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 210 mod 761
419247
= 419128+64+32+16+4+2+1
= 419128⋅41964⋅41932⋅41916⋅4194⋅4192⋅4191
≡ 210 ⋅ 291 ⋅ 697 ⋅ 312 ⋅ 391 ⋅ 531 ⋅ 419 mod 761
≡ 61110 ⋅ 697 ⋅ 312 ⋅ 391 ⋅ 531 ⋅ 419 mod 761 ≡ 230 ⋅ 697 ⋅ 312 ⋅ 391 ⋅ 531 ⋅ 419 mod 761
≡ 160310 ⋅ 312 ⋅ 391 ⋅ 531 ⋅ 419 mod 761 ≡ 500 ⋅ 312 ⋅ 391 ⋅ 531 ⋅ 419 mod 761
≡ 156000 ⋅ 391 ⋅ 531 ⋅ 419 mod 761 ≡ 756 ⋅ 391 ⋅ 531 ⋅ 419 mod 761
≡ 295596 ⋅ 531 ⋅ 419 mod 761 ≡ 328 ⋅ 531 ⋅ 419 mod 761
≡ 174168 ⋅ 419 mod 761 ≡ 660 ⋅ 419 mod 761
≡ 276540 mod 761 ≡ 297 mod 761
Es gilt also: 419247 ≡ 297 mod 761
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 59
| =>67 | = 1⋅59 + 8 |
| =>59 | = 7⋅8 + 3 |
| =>8 | = 2⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,59)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 8-2⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3) = -1⋅8 +3⋅ 3 (=1) |
| 3= 59-7⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅8 +3⋅(59 -7⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅59 -21⋅ 8) = 3⋅59 -22⋅ 8 (=1) |
| 8= 67-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅59 -22⋅(67 -1⋅ 59)
= 3⋅59 -22⋅67 +22⋅ 59) = -22⋅67 +25⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,59)=1 = -22⋅67 +25⋅59
oder wenn man -22⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +22⋅67 = +25⋅59
Es gilt also: 25⋅59 = 22⋅67 +1
Somit 25⋅59 = 1 mod 67
25 ist also das Inverse von 59 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
