Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2393 - 4003) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2393 - 4003) mod 8 ≡ (2393 mod 8 - 4003 mod 8) mod 8.
2393 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2393
= 2400
4003 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4003
= 4000
Somit gilt:
(2393 - 4003) mod 8 ≡ (1 - 3) mod 8 ≡ -2 mod 8 ≡ 6 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 53) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 ⋅ 53) mod 5 ≡ (63 mod 5 ⋅ 53 mod 5) mod 5.
63 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 12 ⋅ 5 + 3 ist.
53 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 50 + 3 = 10 ⋅ 5 + 3 ist.
Somit gilt:
(63 ⋅ 53) mod 5 ≡ (3 ⋅ 3) mod 5 ≡ 9 mod 5 ≡ 4 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 243128 mod 673.
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. 243 -> x
2. mod(x²,673) -> 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: 2431=243
2: 2432=2431+1=2431⋅2431 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 498 mod 673
4: 2434=2432+2=2432⋅2432 ≡ 498⋅498=248004 ≡ 340 mod 673
8: 2438=2434+4=2434⋅2434 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 517 mod 673
16: 24316=2438+8=2438⋅2438 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 108 mod 673
32: 24332=24316+16=24316⋅24316 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 223 mod 673
64: 24364=24332+32=24332⋅24332 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 600 mod 673
128: 243128=24364+64=24364⋅24364 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 618 mod 673
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 64085 mod 643.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 85 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 85 an und zerlegen 85 in eine Summer von 2er-Potenzen:
85 = 64+16+4+1
1: 6401=640
2: 6402=6401+1=6401⋅6401 ≡ 640⋅640=409600 ≡ 9 mod 643
4: 6404=6402+2=6402⋅6402 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 643
8: 6408=6404+4=6404⋅6404 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 131 mod 643
16: 64016=6408+8=6408⋅6408 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 443 mod 643
32: 64032=64016+16=64016⋅64016 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 134 mod 643
64: 64064=64032+32=64032⋅64032 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 595 mod 643
64085
= 64064+16+4+1
= 64064⋅64016⋅6404⋅6401
≡ 595 ⋅ 443 ⋅ 81 ⋅ 640 mod 643
≡ 263585 ⋅ 81 ⋅ 640 mod 643 ≡ 598 ⋅ 81 ⋅ 640 mod 643
≡ 48438 ⋅ 640 mod 643 ≡ 213 ⋅ 640 mod 643
≡ 136320 mod 643 ≡ 4 mod 643
Es gilt also: 64085 ≡ 4 mod 643
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 78.
Also bestimme x, so dass 78 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 78
| =>97 | = 1⋅78 + 19 |
| =>78 | = 4⋅19 + 2 |
| =>19 | = 9⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,78)=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= 19-9⋅2 | |||
| 2= 78-4⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -9⋅(78 -4⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅78 +36⋅ 19) = -9⋅78 +37⋅ 19 (=1) |
| 19= 97-1⋅78 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅78 +37⋅(97 -1⋅ 78)
= -9⋅78 +37⋅97 -37⋅ 78) = 37⋅97 -46⋅ 78 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,78)=1 = 37⋅97 -46⋅78
oder wenn man 37⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 -37⋅97 = -46⋅78
-46⋅78 = -37⋅97 + 1 |+97⋅78
-46⋅78 + 97⋅78 = -37⋅97 + 97⋅78 + 1
(-46 + 97) ⋅ 78 = (-37 + 78) ⋅ 97 + 1
51⋅78 = 41⋅97 + 1
Es gilt also: 51⋅78 = 41⋅97 +1
Somit 51⋅78 = 1 mod 97
51 ist also das Inverse von 78 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
