Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1201 + 402) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1201 + 402) mod 4 ≡ (1201 mod 4 + 402 mod 4) mod 4.
1201 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201
= 1200
402 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 402
= 400
Somit gilt:
(1201 + 402) mod 4 ≡ (1 + 2) mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17 ⋅ 62) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17 ⋅ 62) mod 9 ≡ (17 mod 9 ⋅ 62 mod 9) mod 9.
17 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 9 + 8 = 1 ⋅ 9 + 8 ist.
62 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 54 + 8 = 6 ⋅ 9 + 8 ist.
Somit gilt:
(17 ⋅ 62) mod 9 ≡ (8 ⋅ 8) mod 9 ≡ 64 mod 9 ≡ 1 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 155128 mod 257.
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. 155 -> x
2. mod(x²,257) -> 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: 1551=155
2: 1552=1551+1=1551⋅1551 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 124 mod 257
4: 1554=1552+2=1552⋅1552 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 213 mod 257
8: 1558=1554+4=1554⋅1554 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 137 mod 257
16: 15516=1558+8=1558⋅1558 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 8 mod 257
32: 15532=15516+16=15516⋅15516 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 257
64: 15564=15532+32=15532⋅15532 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 241 mod 257
128: 155128=15564+64=15564⋅15564 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 256 mod 257
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 176156 mod 239.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 156 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 156 an und zerlegen 156 in eine Summer von 2er-Potenzen:
156 = 128+16+8+4
1: 1761=176
2: 1762=1761+1=1761⋅1761 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 145 mod 239
4: 1764=1762+2=1762⋅1762 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 232 mod 239
8: 1768=1764+4=1764⋅1764 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 49 mod 239
16: 17616=1768+8=1768⋅1768 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 11 mod 239
32: 17632=17616+16=17616⋅17616 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 239
64: 17664=17632+32=17632⋅17632 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 62 mod 239
128: 176128=17664+64=17664⋅17664 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 20 mod 239
176156
= 176128+16+8+4
= 176128⋅17616⋅1768⋅1764
≡ 20 ⋅ 11 ⋅ 49 ⋅ 232 mod 239
≡ 220 ⋅ 49 ⋅ 232 mod 239
≡ 10780 ⋅ 232 mod 239 ≡ 25 ⋅ 232 mod 239
≡ 5800 mod 239 ≡ 64 mod 239
Es gilt also: 176156 ≡ 64 mod 239
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 47
| =>73 | = 1⋅47 + 26 |
| =>47 | = 1⋅26 + 21 |
| =>26 | = 1⋅21 + 5 |
| =>21 | = 4⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,47)=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= 21-4⋅5 | |||
| 5= 26-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -4⋅(26 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅26 +4⋅ 21) = -4⋅26 +5⋅ 21 (=1) |
| 21= 47-1⋅26 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅26 +5⋅(47 -1⋅ 26)
= -4⋅26 +5⋅47 -5⋅ 26) = 5⋅47 -9⋅ 26 (=1) |
| 26= 73-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅47 -9⋅(73 -1⋅ 47)
= 5⋅47 -9⋅73 +9⋅ 47) = -9⋅73 +14⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,47)=1 = -9⋅73 +14⋅47
oder wenn man -9⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅73 = +14⋅47
Es gilt also: 14⋅47 = 9⋅73 +1
Somit 14⋅47 = 1 mod 73
14 ist also das Inverse von 47 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
