Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (36006 - 36005) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(36006 - 36005) mod 9 ≡ (36006 mod 9 - 36005 mod 9) mod 9.
36006 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36006
= 36000
36005 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36005
= 36000
Somit gilt:
(36006 - 36005) mod 9 ≡ (6 - 5) mod 9 ≡ 1 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (85 ⋅ 55) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(85 ⋅ 55) mod 10 ≡ (85 mod 10 ⋅ 55 mod 10) mod 10.
85 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 80 + 5 = 8 ⋅ 10 + 5 ist.
55 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 50 + 5 = 5 ⋅ 10 + 5 ist.
Somit gilt:
(85 ⋅ 55) mod 10 ≡ (5 ⋅ 5) mod 10 ≡ 25 mod 10 ≡ 5 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 23864 mod 619.
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. 238 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 2381=238
2: 2382=2381+1=2381⋅2381 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 315 mod 619
4: 2384=2382+2=2382⋅2382 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 185 mod 619
8: 2388=2384+4=2384⋅2384 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 180 mod 619
16: 23816=2388+8=2388⋅2388 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 212 mod 619
32: 23832=23816+16=23816⋅23816 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 376 mod 619
64: 23864=23832+32=23832⋅23832 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 244 mod 619
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 279244 mod 619.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 244 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 244 an und zerlegen 244 in eine Summer von 2er-Potenzen:
244 = 128+64+32+16+4
1: 2791=279
2: 2792=2791+1=2791⋅2791 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 466 mod 619
4: 2794=2792+2=2792⋅2792 ≡ 466⋅466=217156 ≡ 506 mod 619
8: 2798=2794+4=2794⋅2794 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 389 mod 619
16: 27916=2798+8=2798⋅2798 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 285 mod 619
32: 27932=27916+16=27916⋅27916 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 136 mod 619
64: 27964=27932+32=27932⋅27932 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 545 mod 619
128: 279128=27964+64=27964⋅27964 ≡ 545⋅545=297025 ≡ 524 mod 619
279244
= 279128+64+32+16+4
= 279128⋅27964⋅27932⋅27916⋅2794
≡ 524 ⋅ 545 ⋅ 136 ⋅ 285 ⋅ 506 mod 619
≡ 285580 ⋅ 136 ⋅ 285 ⋅ 506 mod 619 ≡ 221 ⋅ 136 ⋅ 285 ⋅ 506 mod 619
≡ 30056 ⋅ 285 ⋅ 506 mod 619 ≡ 344 ⋅ 285 ⋅ 506 mod 619
≡ 98040 ⋅ 506 mod 619 ≡ 238 ⋅ 506 mod 619
≡ 120428 mod 619 ≡ 342 mod 619
Es gilt also: 279244 ≡ 342 mod 619
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 32.
Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 32
| =>59 | = 1⋅32 + 27 |
| =>32 | = 1⋅27 + 5 |
| =>27 | = 5⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,32)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 27-5⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(27 -5⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅27 +10⋅ 5) = -2⋅27 +11⋅ 5 (=1) |
| 5= 32-1⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅27 +11⋅(32 -1⋅ 27)
= -2⋅27 +11⋅32 -11⋅ 27) = 11⋅32 -13⋅ 27 (=1) |
| 27= 59-1⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅32 -13⋅(59 -1⋅ 32)
= 11⋅32 -13⋅59 +13⋅ 32) = -13⋅59 +24⋅ 32 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,32)=1 = -13⋅59 +24⋅32
oder wenn man -13⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅59 = +24⋅32
Es gilt also: 24⋅32 = 13⋅59 +1
Somit 24⋅32 = 1 mod 59
24 ist also das Inverse von 32 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
