Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (276 + 286) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(276 + 286) mod 7 ≡ (276 mod 7 + 286 mod 7) mod 7.
276 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 276
= 280
286 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 286
= 280
Somit gilt:
(276 + 286) mod 7 ≡ (3 + 6) mod 7 ≡ 9 mod 7 ≡ 2 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (94 ⋅ 55) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(94 ⋅ 55) mod 10 ≡ (94 mod 10 ⋅ 55 mod 10) mod 10.
94 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 90 + 4 = 9 ⋅ 10 + 4 ist.
55 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 50 + 5 = 5 ⋅ 10 + 5 ist.
Somit gilt:
(94 ⋅ 55) mod 10 ≡ (4 ⋅ 5) mod 10 ≡ 20 mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 625128 mod 641.
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. 625 -> x
2. mod(x²,641) -> 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: 6251=625
2: 6252=6251+1=6251⋅6251 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 256 mod 641
4: 6254=6252+2=6252⋅6252 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 154 mod 641
8: 6258=6254+4=6254⋅6254 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 640 mod 641
16: 62516=6258+8=6258⋅6258 ≡ 640⋅640=409600 ≡ 1 mod 641
32: 62532=62516+16=62516⋅62516 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 641
64: 62564=62532+32=62532⋅62532 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 641
128: 625128=62564+64=62564⋅62564 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 641
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 30097 mod 823.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 97 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 97 an und zerlegen 97 in eine Summer von 2er-Potenzen:
97 = 64+32+1
1: 3001=300
2: 3002=3001+1=3001⋅3001 ≡ 300⋅300=90000 ≡ 293 mod 823
4: 3004=3002+2=3002⋅3002 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 257 mod 823
8: 3008=3004+4=3004⋅3004 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 209 mod 823
16: 30016=3008+8=3008⋅3008 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 62 mod 823
32: 30032=30016+16=30016⋅30016 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 552 mod 823
64: 30064=30032+32=30032⋅30032 ≡ 552⋅552=304704 ≡ 194 mod 823
30097
= 30064+32+1
= 30064⋅30032⋅3001
≡ 194 ⋅ 552 ⋅ 300 mod 823
≡ 107088 ⋅ 300 mod 823 ≡ 98 ⋅ 300 mod 823
≡ 29400 mod 823 ≡ 595 mod 823
Es gilt also: 30097 ≡ 595 mod 823
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 60.
Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 60
| =>89 | = 1⋅60 + 29 |
| =>60 | = 2⋅29 + 2 |
| =>29 | = 14⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,60)=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= 29-14⋅2 | |||
| 2= 60-2⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅29 -14⋅(60 -2⋅ 29)
= 1⋅29 -14⋅60 +28⋅ 29) = -14⋅60 +29⋅ 29 (=1) |
| 29= 89-1⋅60 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -14⋅60 +29⋅(89 -1⋅ 60)
= -14⋅60 +29⋅89 -29⋅ 60) = 29⋅89 -43⋅ 60 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,60)=1 = 29⋅89 -43⋅60
oder wenn man 29⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -29⋅89 = -43⋅60
-43⋅60 = -29⋅89 + 1 |+89⋅60
-43⋅60 + 89⋅60 = -29⋅89 + 89⋅60 + 1
(-43 + 89) ⋅ 60 = (-29 + 60) ⋅ 89 + 1
46⋅60 = 31⋅89 + 1
Es gilt also: 46⋅60 = 31⋅89 +1
Somit 46⋅60 = 1 mod 89
46 ist also das Inverse von 60 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
