Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (8007 + 7994) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(8007 + 7994) mod 8 ≡ (8007 mod 8 + 7994 mod 8) mod 8.
8007 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8007
= 8000
7994 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7994
= 7000
Somit gilt:
(8007 + 7994) mod 8 ≡ (7 + 2) mod 8 ≡ 9 mod 8 ≡ 1 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (72 ⋅ 92) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(72 ⋅ 92) mod 9 ≡ (72 mod 9 ⋅ 92 mod 9) mod 9.
72 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 8 ⋅ 9 + 0 ist.
92 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 90 + 2 = 10 ⋅ 9 + 2 ist.
Somit gilt:
(72 ⋅ 92) mod 9 ≡ (0 ⋅ 2) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 525128 mod 617.
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. 525 -> x
2. mod(x²,617) -> 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: 5251=525
2: 5252=5251+1=5251⋅5251 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 443 mod 617
4: 5254=5252+2=5252⋅5252 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 43 mod 617
8: 5258=5254+4=5254⋅5254 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 615 mod 617
16: 52516=5258+8=5258⋅5258 ≡ 615⋅615=378225 ≡ 4 mod 617
32: 52532=52516+16=52516⋅52516 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 617
64: 52564=52532+32=52532⋅52532 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 617
128: 525128=52564+64=52564⋅52564 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 134 mod 617
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 468231 mod 1009.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:
231 = 128+64+32+4+2+1
1: 4681=468
2: 4682=4681+1=4681⋅4681 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 71 mod 1009
4: 4684=4682+2=4682⋅4682 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 1005 mod 1009
8: 4688=4684+4=4684⋅4684 ≡ 1005⋅1005=1010025 ≡ 16 mod 1009
16: 46816=4688+8=4688⋅4688 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 1009
32: 46832=46816+16=46816⋅46816 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 960 mod 1009
64: 46864=46832+32=46832⋅46832 ≡ 960⋅960=921600 ≡ 383 mod 1009
128: 468128=46864+64=46864⋅46864 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 384 mod 1009
468231
= 468128+64+32+4+2+1
= 468128⋅46864⋅46832⋅4684⋅4682⋅4681
≡ 384 ⋅ 383 ⋅ 960 ⋅ 1005 ⋅ 71 ⋅ 468 mod 1009
≡ 147072 ⋅ 960 ⋅ 1005 ⋅ 71 ⋅ 468 mod 1009 ≡ 767 ⋅ 960 ⋅ 1005 ⋅ 71 ⋅ 468 mod 1009
≡ 736320 ⋅ 1005 ⋅ 71 ⋅ 468 mod 1009 ≡ 759 ⋅ 1005 ⋅ 71 ⋅ 468 mod 1009
≡ 762795 ⋅ 71 ⋅ 468 mod 1009 ≡ 1000 ⋅ 71 ⋅ 468 mod 1009
≡ 71000 ⋅ 468 mod 1009 ≡ 370 ⋅ 468 mod 1009
≡ 173160 mod 1009 ≡ 621 mod 1009
Es gilt also: 468231 ≡ 621 mod 1009
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 40.
Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 40
| =>61 | = 1⋅40 + 21 |
| =>40 | = 1⋅21 + 19 |
| =>21 | = 1⋅19 + 2 |
| =>19 | = 9⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,40)=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= 21-1⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -9⋅(21 -1⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅21 +9⋅ 19) = -9⋅21 +10⋅ 19 (=1) |
| 19= 40-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅21 +10⋅(40 -1⋅ 21)
= -9⋅21 +10⋅40 -10⋅ 21) = 10⋅40 -19⋅ 21 (=1) |
| 21= 61-1⋅40 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 10⋅40 -19⋅(61 -1⋅ 40)
= 10⋅40 -19⋅61 +19⋅ 40) = -19⋅61 +29⋅ 40 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,40)=1 = -19⋅61 +29⋅40
oder wenn man -19⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +19⋅61 = +29⋅40
Es gilt also: 29⋅40 = 19⋅61 +1
Somit 29⋅40 = 1 mod 61
29 ist also das Inverse von 40 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
