Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16007 + 88) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16007 + 88) mod 8 ≡ (16007 mod 8 + 88 mod 8) mod 8.
16007 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16007
= 16000
88 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88
= 80
Somit gilt:
(16007 + 88) mod 8 ≡ (7 + 0) mod 8 ≡ 7 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 61) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(61 ⋅ 61) mod 4 ≡ (61 mod 4 ⋅ 61 mod 4) mod 4.
61 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 15 ⋅ 4 + 1 ist.
61 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 15 ⋅ 4 + 1 ist.
Somit gilt:
(61 ⋅ 61) mod 4 ≡ (1 ⋅ 1) mod 4 ≡ 1 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 309128 mod 557.
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. 309 -> x
2. mod(x²,557) -> 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: 3091=309
2: 3092=3091+1=3091⋅3091 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 234 mod 557
4: 3094=3092+2=3092⋅3092 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 170 mod 557
8: 3098=3094+4=3094⋅3094 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 493 mod 557
16: 30916=3098+8=3098⋅3098 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 197 mod 557
32: 30932=30916+16=30916⋅30916 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 376 mod 557
64: 30964=30932+32=30932⋅30932 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 455 mod 557
128: 309128=30964+64=30964⋅30964 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 378 mod 557
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 52575 mod 619.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 75 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 75 an und zerlegen 75 in eine Summer von 2er-Potenzen:
75 = 64+8+2+1
1: 5251=525
2: 5252=5251+1=5251⋅5251 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 170 mod 619
4: 5254=5252+2=5252⋅5252 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 426 mod 619
8: 5258=5254+4=5254⋅5254 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 109 mod 619
16: 52516=5258+8=5258⋅5258 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 120 mod 619
32: 52532=52516+16=52516⋅52516 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 163 mod 619
64: 52564=52532+32=52532⋅52532 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 571 mod 619
52575
= 52564+8+2+1
= 52564⋅5258⋅5252⋅5251
≡ 571 ⋅ 109 ⋅ 170 ⋅ 525 mod 619
≡ 62239 ⋅ 170 ⋅ 525 mod 619 ≡ 339 ⋅ 170 ⋅ 525 mod 619
≡ 57630 ⋅ 525 mod 619 ≡ 63 ⋅ 525 mod 619
≡ 33075 mod 619 ≡ 268 mod 619
Es gilt also: 52575 ≡ 268 mod 619
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 68.
Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 68
| =>101 | = 1⋅68 + 33 |
| =>68 | = 2⋅33 + 2 |
| =>33 | = 16⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,68)=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= 33-16⋅2 | |||
| 2= 68-2⋅33 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅33 -16⋅(68 -2⋅ 33)
= 1⋅33 -16⋅68 +32⋅ 33) = -16⋅68 +33⋅ 33 (=1) |
| 33= 101-1⋅68 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -16⋅68 +33⋅(101 -1⋅ 68)
= -16⋅68 +33⋅101 -33⋅ 68) = 33⋅101 -49⋅ 68 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,68)=1 = 33⋅101 -49⋅68
oder wenn man 33⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -33⋅101 = -49⋅68
-49⋅68 = -33⋅101 + 1 |+101⋅68
-49⋅68 + 101⋅68 = -33⋅101 + 101⋅68 + 1
(-49 + 101) ⋅ 68 = (-33 + 68) ⋅ 101 + 1
52⋅68 = 35⋅101 + 1
Es gilt also: 52⋅68 = 35⋅101 +1
Somit 52⋅68 = 1 mod 101
52 ist also das Inverse von 68 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
