Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (5999 - 30001) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(5999 - 30001) mod 6 ≡ (5999 mod 6 - 30001 mod 6) mod 6.
5999 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5999
= 6000
30001 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30001
= 30000
Somit gilt:
(5999 - 30001) mod 6 ≡ (5 - 1) mod 6 ≡ 4 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 60) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(61 ⋅ 60) mod 10 ≡ (61 mod 10 ⋅ 60 mod 10) mod 10.
61 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 6 ⋅ 10 + 1 ist.
60 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60 + 0 = 6 ⋅ 10 + 0 ist.
Somit gilt:
(61 ⋅ 60) mod 10 ≡ (1 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 127128 mod 271.
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. 127 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 1271=127
2: 1272=1271+1=1271⋅1271 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 140 mod 271
4: 1274=1272+2=1272⋅1272 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 88 mod 271
8: 1278=1274+4=1274⋅1274 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 156 mod 271
16: 12716=1278+8=1278⋅1278 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 217 mod 271
32: 12732=12716+16=12716⋅12716 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 206 mod 271
64: 12764=12732+32=12732⋅12732 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 160 mod 271
128: 127128=12764+64=12764⋅12764 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 126 mod 271
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 565138 mod 809.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 138 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 138 an und zerlegen 138 in eine Summer von 2er-Potenzen:
138 = 128+8+2
1: 5651=565
2: 5652=5651+1=5651⋅5651 ≡ 565⋅565=319225 ≡ 479 mod 809
4: 5654=5652+2=5652⋅5652 ≡ 479⋅479=229441 ≡ 494 mod 809
8: 5658=5654+4=5654⋅5654 ≡ 494⋅494=244036 ≡ 527 mod 809
16: 56516=5658+8=5658⋅5658 ≡ 527⋅527=277729 ≡ 242 mod 809
32: 56532=56516+16=56516⋅56516 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 316 mod 809
64: 56564=56532+32=56532⋅56532 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 349 mod 809
128: 565128=56564+64=56564⋅56564 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 451 mod 809
565138
= 565128+8+2
= 565128⋅5658⋅5652
≡ 451 ⋅ 527 ⋅ 479 mod 809
≡ 237677 ⋅ 479 mod 809 ≡ 640 ⋅ 479 mod 809
≡ 306560 mod 809 ≡ 758 mod 809
Es gilt also: 565138 ≡ 758 mod 809
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 48
| =>71 | = 1⋅48 + 23 |
| =>48 | = 2⋅23 + 2 |
| =>23 | = 11⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,48)=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= 23-11⋅2 | |||
| 2= 48-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅23 -11⋅(48 -2⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅48 +22⋅ 23) = -11⋅48 +23⋅ 23 (=1) |
| 23= 71-1⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -11⋅48 +23⋅(71 -1⋅ 48)
= -11⋅48 +23⋅71 -23⋅ 48) = 23⋅71 -34⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,48)=1 = 23⋅71 -34⋅48
oder wenn man 23⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -23⋅71 = -34⋅48
-34⋅48 = -23⋅71 + 1 |+71⋅48
-34⋅48 + 71⋅48 = -23⋅71 + 71⋅48 + 1
(-34 + 71) ⋅ 48 = (-23 + 48) ⋅ 71 + 1
37⋅48 = 25⋅71 + 1
Es gilt also: 37⋅48 = 25⋅71 +1
Somit 37⋅48 = 1 mod 71
37 ist also das Inverse von 48 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
