Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (233 + 795) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(233 + 795) mod 8 ≡ (233 mod 8 + 795 mod 8) mod 8.
233 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 233
= 240
795 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 795
= 800
Somit gilt:
(233 + 795) mod 8 ≡ (1 + 3) mod 8 ≡ 4 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (26 ⋅ 44) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(26 ⋅ 44) mod 7 ≡ (26 mod 7 ⋅ 44 mod 7) mod 7.
26 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 21 + 5 = 3 ⋅ 7 + 5 ist.
44 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 42 + 2 = 6 ⋅ 7 + 2 ist.
Somit gilt:
(26 ⋅ 44) mod 7 ≡ (5 ⋅ 2) mod 7 ≡ 10 mod 7 ≡ 3 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 12964 mod 277.
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. 129 -> x
2. mod(x²,277) -> 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: 1291=129
2: 1292=1291+1=1291⋅1291 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 21 mod 277
4: 1294=1292+2=1292⋅1292 ≡ 21⋅21=441 ≡ 164 mod 277
8: 1298=1294+4=1294⋅1294 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 27 mod 277
16: 12916=1298+8=1298⋅1298 ≡ 27⋅27=729 ≡ 175 mod 277
32: 12932=12916+16=12916⋅12916 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 155 mod 277
64: 12964=12932+32=12932⋅12932 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 203 mod 277
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 399182 mod 761.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 182 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 182 an und zerlegen 182 in eine Summer von 2er-Potenzen:
182 = 128+32+16+4+2
1: 3991=399
2: 3992=3991+1=3991⋅3991 ≡ 399⋅399=159201 ≡ 152 mod 761
4: 3994=3992+2=3992⋅3992 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 274 mod 761
8: 3998=3994+4=3994⋅3994 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 498 mod 761
16: 39916=3998+8=3998⋅3998 ≡ 498⋅498=248004 ≡ 679 mod 761
32: 39932=39916+16=39916⋅39916 ≡ 679⋅679=461041 ≡ 636 mod 761
64: 39964=39932+32=39932⋅39932 ≡ 636⋅636=404496 ≡ 405 mod 761
128: 399128=39964+64=39964⋅39964 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 410 mod 761
399182
= 399128+32+16+4+2
= 399128⋅39932⋅39916⋅3994⋅3992
≡ 410 ⋅ 636 ⋅ 679 ⋅ 274 ⋅ 152 mod 761
≡ 260760 ⋅ 679 ⋅ 274 ⋅ 152 mod 761 ≡ 498 ⋅ 679 ⋅ 274 ⋅ 152 mod 761
≡ 338142 ⋅ 274 ⋅ 152 mod 761 ≡ 258 ⋅ 274 ⋅ 152 mod 761
≡ 70692 ⋅ 152 mod 761 ≡ 680 ⋅ 152 mod 761
≡ 103360 mod 761 ≡ 625 mod 761
Es gilt also: 399182 ≡ 625 mod 761
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 71.
Also bestimme x, so dass 71 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 71
| =>79 | = 1⋅71 + 8 |
| =>71 | = 8⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,71)=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= 8-1⋅7 | |||
| 7= 71-8⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(71 -8⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅71 +8⋅ 8) = -1⋅71 +9⋅ 8 (=1) |
| 8= 79-1⋅71 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅71 +9⋅(79 -1⋅ 71)
= -1⋅71 +9⋅79 -9⋅ 71) = 9⋅79 -10⋅ 71 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,71)=1 = 9⋅79 -10⋅71
oder wenn man 9⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅79 = -10⋅71
-10⋅71 = -9⋅79 + 1 |+79⋅71
-10⋅71 + 79⋅71 = -9⋅79 + 79⋅71 + 1
(-10 + 79) ⋅ 71 = (-9 + 71) ⋅ 79 + 1
69⋅71 = 62⋅79 + 1
Es gilt also: 69⋅71 = 62⋅79 +1
Somit 69⋅71 = 1 mod 79
69 ist also das Inverse von 71 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
