Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (300 - 24000) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(300 - 24000) mod 6 ≡ (300 mod 6 - 24000 mod 6) mod 6.
300 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 300
= 300
24000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24000
= 24000
Somit gilt:
(300 - 24000) mod 6 ≡ (0 - 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 58) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(73 ⋅ 58) mod 8 ≡ (73 mod 8 ⋅ 58 mod 8) mod 8.
73 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 9 ⋅ 8 + 1 ist.
58 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 7 ⋅ 8 + 2 ist.
Somit gilt:
(73 ⋅ 58) mod 8 ≡ (1 ⋅ 2) mod 8 ≡ 2 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 49064 mod 491.
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. 490 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 4901=490
2: 4902=4901+1=4901⋅4901 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 1 mod 491
4: 4904=4902+2=4902⋅4902 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 491
8: 4908=4904+4=4904⋅4904 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 491
16: 49016=4908+8=4908⋅4908 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 491
32: 49032=49016+16=49016⋅49016 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 491
64: 49064=49032+32=49032⋅49032 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 491
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 455203 mod 673.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 203 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 203 an und zerlegen 203 in eine Summer von 2er-Potenzen:
203 = 128+64+8+2+1
1: 4551=455
2: 4552=4551+1=4551⋅4551 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 414 mod 673
4: 4554=4552+2=4552⋅4552 ≡ 414⋅414=171396 ≡ 454 mod 673
8: 4558=4554+4=4554⋅4554 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 178 mod 673
16: 45516=4558+8=4558⋅4558 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 53 mod 673
32: 45532=45516+16=45516⋅45516 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 117 mod 673
64: 45564=45532+32=45532⋅45532 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 229 mod 673
128: 455128=45564+64=45564⋅45564 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 620 mod 673
455203
= 455128+64+8+2+1
= 455128⋅45564⋅4558⋅4552⋅4551
≡ 620 ⋅ 229 ⋅ 178 ⋅ 414 ⋅ 455 mod 673
≡ 141980 ⋅ 178 ⋅ 414 ⋅ 455 mod 673 ≡ 650 ⋅ 178 ⋅ 414 ⋅ 455 mod 673
≡ 115700 ⋅ 414 ⋅ 455 mod 673 ≡ 617 ⋅ 414 ⋅ 455 mod 673
≡ 255438 ⋅ 455 mod 673 ≡ 371 ⋅ 455 mod 673
≡ 168805 mod 673 ≡ 555 mod 673
Es gilt also: 455203 ≡ 555 mod 673
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 52
| =>59 | = 1⋅52 + 7 |
| =>52 | = 7⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,52)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 52-7⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(52 -7⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅52 +14⋅ 7) = -2⋅52 +15⋅ 7 (=1) |
| 7= 59-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅52 +15⋅(59 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +15⋅59 -15⋅ 52) = 15⋅59 -17⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,52)=1 = 15⋅59 -17⋅52
oder wenn man 15⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -15⋅59 = -17⋅52
-17⋅52 = -15⋅59 + 1 |+59⋅52
-17⋅52 + 59⋅52 = -15⋅59 + 59⋅52 + 1
(-17 + 59) ⋅ 52 = (-15 + 52) ⋅ 59 + 1
42⋅52 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 42⋅52 = 37⋅59 +1
Somit 42⋅52 = 1 mod 59
42 ist also das Inverse von 52 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
