Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (5997 - 12000) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(5997 - 12000) mod 3 ≡ (5997 mod 3 - 12000 mod 3) mod 3.
5997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5997
= 6000
12000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000
= 12000
Somit gilt:
(5997 - 12000) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 51) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(58 ⋅ 51) mod 4 ≡ (58 mod 4 ⋅ 51 mod 4) mod 4.
58 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 14 ⋅ 4 + 2 ist.
51 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 48 + 3 = 12 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(58 ⋅ 51) mod 4 ≡ (2 ⋅ 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 29332 mod 311.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 293 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 2931=293
2: 2932=2931+1=2931⋅2931 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 13 mod 311
4: 2934=2932+2=2932⋅2932 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 311
8: 2938=2934+4=2934⋅2934 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 260 mod 311
16: 29316=2938+8=2938⋅2938 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 113 mod 311
32: 29332=29316+16=29316⋅29316 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 18 mod 311
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 771175 mod 991.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 175 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 175 an und zerlegen 175 in eine Summer von 2er-Potenzen:
175 = 128+32+8+4+2+1
1: 7711=771
2: 7712=7711+1=7711⋅7711 ≡ 771⋅771=594441 ≡ 832 mod 991
4: 7714=7712+2=7712⋅7712 ≡ 832⋅832=692224 ≡ 506 mod 991
8: 7718=7714+4=7714⋅7714 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 358 mod 991
16: 77116=7718+8=7718⋅7718 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 325 mod 991
32: 77132=77116+16=77116⋅77116 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 579 mod 991
64: 77164=77132+32=77132⋅77132 ≡ 579⋅579=335241 ≡ 283 mod 991
128: 771128=77164+64=77164⋅77164 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 809 mod 991
771175
= 771128+32+8+4+2+1
= 771128⋅77132⋅7718⋅7714⋅7712⋅7711
≡ 809 ⋅ 579 ⋅ 358 ⋅ 506 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991
≡ 468411 ⋅ 358 ⋅ 506 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991 ≡ 659 ⋅ 358 ⋅ 506 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991
≡ 235922 ⋅ 506 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991 ≡ 64 ⋅ 506 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991
≡ 32384 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991 ≡ 672 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991
≡ 559104 ⋅ 771 mod 991 ≡ 180 ⋅ 771 mod 991
≡ 138780 mod 991 ≡ 40 mod 991
Es gilt also: 771175 ≡ 40 mod 991
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 80.
Also bestimme x, so dass 80 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 80
| =>89 | = 1⋅80 + 9 |
| =>80 | = 8⋅9 + 8 |
| =>9 | = 1⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,80)=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= 9-1⋅8 | |||
| 8= 80-8⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -1⋅(80 -8⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅80 +8⋅ 9) = -1⋅80 +9⋅ 9 (=1) |
| 9= 89-1⋅80 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅80 +9⋅(89 -1⋅ 80)
= -1⋅80 +9⋅89 -9⋅ 80) = 9⋅89 -10⋅ 80 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,80)=1 = 9⋅89 -10⋅80
oder wenn man 9⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅89 = -10⋅80
-10⋅80 = -9⋅89 + 1 |+89⋅80
-10⋅80 + 89⋅80 = -9⋅89 + 89⋅80 + 1
(-10 + 89) ⋅ 80 = (-9 + 80) ⋅ 89 + 1
79⋅80 = 71⋅89 + 1
Es gilt also: 79⋅80 = 71⋅89 +1
Somit 79⋅80 = 1 mod 89
79 ist also das Inverse von 80 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
