Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1500 - 149) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1500 - 149) mod 3 ≡ (1500 mod 3 - 149 mod 3) mod 3.
1500 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1500
= 1500
149 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 149
= 150
Somit gilt:
(1500 - 149) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (50 ⋅ 89) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(50 ⋅ 89) mod 11 ≡ (50 mod 11 ⋅ 89 mod 11) mod 11.
50 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 44 + 6 = 4 ⋅ 11 + 6 ist.
89 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 88 + 1 = 8 ⋅ 11 + 1 ist.
Somit gilt:
(50 ⋅ 89) mod 11 ≡ (6 ⋅ 1) mod 11 ≡ 6 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 58132 mod 947.
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. 581 -> x
2. mod(x²,947) -> 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: 5811=581
2: 5812=5811+1=5811⋅5811 ≡ 581⋅581=337561 ≡ 429 mod 947
4: 5814=5812+2=5812⋅5812 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 323 mod 947
8: 5818=5814+4=5814⋅5814 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 159 mod 947
16: 58116=5818+8=5818⋅5818 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 659 mod 947
32: 58132=58116+16=58116⋅58116 ≡ 659⋅659=434281 ≡ 555 mod 947
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 116227 mod 367.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:
227 = 128+64+32+2+1
1: 1161=116
2: 1162=1161+1=1161⋅1161 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 244 mod 367
4: 1164=1162+2=1162⋅1162 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 82 mod 367
8: 1168=1164+4=1164⋅1164 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 118 mod 367
16: 11616=1168+8=1168⋅1168 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 345 mod 367
32: 11632=11616+16=11616⋅11616 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 117 mod 367
64: 11664=11632+32=11632⋅11632 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 110 mod 367
128: 116128=11664+64=11664⋅11664 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 356 mod 367
116227
= 116128+64+32+2+1
= 116128⋅11664⋅11632⋅1162⋅1161
≡ 356 ⋅ 110 ⋅ 117 ⋅ 244 ⋅ 116 mod 367
≡ 39160 ⋅ 117 ⋅ 244 ⋅ 116 mod 367 ≡ 258 ⋅ 117 ⋅ 244 ⋅ 116 mod 367
≡ 30186 ⋅ 244 ⋅ 116 mod 367 ≡ 92 ⋅ 244 ⋅ 116 mod 367
≡ 22448 ⋅ 116 mod 367 ≡ 61 ⋅ 116 mod 367
≡ 7076 mod 367 ≡ 103 mod 367
Es gilt also: 116227 ≡ 103 mod 367
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 31
| =>101 | = 3⋅31 + 8 |
| =>31 | = 3⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,31)=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= 31-3⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(31 -3⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅31 +3⋅ 8) = -1⋅31 +4⋅ 8 (=1) |
| 8= 101-3⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅31 +4⋅(101 -3⋅ 31)
= -1⋅31 +4⋅101 -12⋅ 31) = 4⋅101 -13⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,31)=1 = 4⋅101 -13⋅31
oder wenn man 4⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -4⋅101 = -13⋅31
-13⋅31 = -4⋅101 + 1 |+101⋅31
-13⋅31 + 101⋅31 = -4⋅101 + 101⋅31 + 1
(-13 + 101) ⋅ 31 = (-4 + 31) ⋅ 101 + 1
88⋅31 = 27⋅101 + 1
Es gilt also: 88⋅31 = 27⋅101 +1
Somit 88⋅31 = 1 mod 101
88 ist also das Inverse von 31 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
