Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (36004 + 352) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(36004 + 352) mod 9 ≡ (36004 mod 9 + 352 mod 9) mod 9.
36004 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36004
= 36000
352 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 352
= 360
Somit gilt:
(36004 + 352) mod 9 ≡ (4 + 1) mod 9 ≡ 5 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 62) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(74 ⋅ 62) mod 4 ≡ (74 mod 4 ⋅ 62 mod 4) mod 4.
74 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 18 ⋅ 4 + 2 ist.
62 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 15 ⋅ 4 + 2 ist.
Somit gilt:
(74 ⋅ 62) mod 4 ≡ (2 ⋅ 2) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 740128 mod 953.
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. 740 -> x
2. mod(x²,953) -> 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: 7401=740
2: 7402=7401+1=7401⋅7401 ≡ 740⋅740=547600 ≡ 578 mod 953
4: 7404=7402+2=7402⋅7402 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 534 mod 953
8: 7408=7404+4=7404⋅7404 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 209 mod 953
16: 74016=7408+8=7408⋅7408 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 796 mod 953
32: 74032=74016+16=74016⋅74016 ≡ 796⋅796=633616 ≡ 824 mod 953
64: 74064=74032+32=74032⋅74032 ≡ 824⋅824=678976 ≡ 440 mod 953
128: 740128=74064+64=74064⋅74064 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 141 mod 953
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 96102 mod 211.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 102 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 102 an und zerlegen 102 in eine Summer von 2er-Potenzen:
102 = 64+32+4+2
1: 961=96
2: 962=961+1=961⋅961 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 143 mod 211
4: 964=962+2=962⋅962 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 193 mod 211
8: 968=964+4=964⋅964 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 113 mod 211
16: 9616=968+8=968⋅968 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 109 mod 211
32: 9632=9616+16=9616⋅9616 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 65 mod 211
64: 9664=9632+32=9632⋅9632 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 5 mod 211
96102
= 9664+32+4+2
= 9664⋅9632⋅964⋅962
≡ 5 ⋅ 65 ⋅ 193 ⋅ 143 mod 211
≡ 325 ⋅ 193 ⋅ 143 mod 211 ≡ 114 ⋅ 193 ⋅ 143 mod 211
≡ 22002 ⋅ 143 mod 211 ≡ 58 ⋅ 143 mod 211
≡ 8294 mod 211 ≡ 65 mod 211
Es gilt also: 96102 ≡ 65 mod 211
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 48
| =>71 | = 1⋅48 + 23 |
| =>48 | = 2⋅23 + 2 |
| =>23 | = 11⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,48)=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= 23-11⋅2 | |||
| 2= 48-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅23 -11⋅(48 -2⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅48 +22⋅ 23) = -11⋅48 +23⋅ 23 (=1) |
| 23= 71-1⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -11⋅48 +23⋅(71 -1⋅ 48)
= -11⋅48 +23⋅71 -23⋅ 48) = 23⋅71 -34⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,48)=1 = 23⋅71 -34⋅48
oder wenn man 23⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -23⋅71 = -34⋅48
-34⋅48 = -23⋅71 + 1 |+71⋅48
-34⋅48 + 71⋅48 = -23⋅71 + 71⋅48 + 1
(-34 + 71) ⋅ 48 = (-23 + 48) ⋅ 71 + 1
37⋅48 = 25⋅71 + 1
Es gilt also: 37⋅48 = 25⋅71 +1
Somit 37⋅48 = 1 mod 71
37 ist also das Inverse von 48 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
