Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (174 + 1802) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(174 + 1802) mod 6 ≡ (174 mod 6 + 1802 mod 6) mod 6.
174 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 174
= 180
1802 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1802
= 1800
Somit gilt:
(174 + 1802) mod 6 ≡ (0 + 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 99) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(36 ⋅ 99) mod 5 ≡ (36 mod 5 ⋅ 99 mod 5) mod 5.
36 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 35 + 1 = 7 ⋅ 5 + 1 ist.
99 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 95 + 4 = 19 ⋅ 5 + 4 ist.
Somit gilt:
(36 ⋅ 99) mod 5 ≡ (1 ⋅ 4) mod 5 ≡ 4 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 9464 mod 311.
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. 94 -> 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: 941=94
2: 942=941+1=941⋅941 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 128 mod 311
4: 944=942+2=942⋅942 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 212 mod 311
8: 948=944+4=944⋅944 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 160 mod 311
16: 9416=948+8=948⋅948 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 98 mod 311
32: 9432=9416+16=9416⋅9416 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 274 mod 311
64: 9464=9432+32=9432⋅9432 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 125 mod 311
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 404103 mod 673.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 103 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 103 an und zerlegen 103 in eine Summer von 2er-Potenzen:
103 = 64+32+4+2+1
1: 4041=404
2: 4042=4041+1=4041⋅4041 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 350 mod 673
4: 4044=4042+2=4042⋅4042 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 14 mod 673
8: 4048=4044+4=4044⋅4044 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 673
16: 40416=4048+8=4048⋅4048 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 55 mod 673
32: 40432=40416+16=40416⋅40416 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 333 mod 673
64: 40464=40432+32=40432⋅40432 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 517 mod 673
404103
= 40464+32+4+2+1
= 40464⋅40432⋅4044⋅4042⋅4041
≡ 517 ⋅ 333 ⋅ 14 ⋅ 350 ⋅ 404 mod 673
≡ 172161 ⋅ 14 ⋅ 350 ⋅ 404 mod 673 ≡ 546 ⋅ 14 ⋅ 350 ⋅ 404 mod 673
≡ 7644 ⋅ 350 ⋅ 404 mod 673 ≡ 241 ⋅ 350 ⋅ 404 mod 673
≡ 84350 ⋅ 404 mod 673 ≡ 225 ⋅ 404 mod 673
≡ 90900 mod 673 ≡ 45 mod 673
Es gilt also: 404103 ≡ 45 mod 673
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 67.
Also bestimme x, so dass 67 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 67
| =>101 | = 1⋅67 + 34 |
| =>67 | = 1⋅34 + 33 |
| =>34 | = 1⋅33 + 1 |
| =>33 | = 33⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,67)=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= 34-1⋅33 | |||
| 33= 67-1⋅34 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅34 -1⋅(67 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -1⋅67 +1⋅ 34) = -1⋅67 +2⋅ 34 (=1) |
| 34= 101-1⋅67 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅67 +2⋅(101 -1⋅ 67)
= -1⋅67 +2⋅101 -2⋅ 67) = 2⋅101 -3⋅ 67 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,67)=1 = 2⋅101 -3⋅67
oder wenn man 2⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅101 = -3⋅67
-3⋅67 = -2⋅101 + 1 |+101⋅67
-3⋅67 + 101⋅67 = -2⋅101 + 101⋅67 + 1
(-3 + 101) ⋅ 67 = (-2 + 67) ⋅ 101 + 1
98⋅67 = 65⋅101 + 1
Es gilt also: 98⋅67 = 65⋅101 +1
Somit 98⋅67 = 1 mod 101
98 ist also das Inverse von 67 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
