Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19997 - 37) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19997 - 37) mod 4 ≡ (19997 mod 4 - 37 mod 4) mod 4.
19997 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19997
= 19000
37 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37
= 40
Somit gilt:
(19997 - 37) mod 4 ≡ (1 - 1) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 19) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(73 ⋅ 19) mod 9 ≡ (73 mod 9 ⋅ 19 mod 9) mod 9.
73 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 8 ⋅ 9 + 1 ist.
19 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 2 ⋅ 9 + 1 ist.
Somit gilt:
(73 ⋅ 19) mod 9 ≡ (1 ⋅ 1) mod 9 ≡ 1 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 13964 mod 383.
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. 139 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 1391=139
2: 1392=1391+1=1391⋅1391 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 171 mod 383
4: 1394=1392+2=1392⋅1392 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 133 mod 383
8: 1398=1394+4=1394⋅1394 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 71 mod 383
16: 13916=1398+8=1398⋅1398 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 62 mod 383
32: 13932=13916+16=13916⋅13916 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 14 mod 383
64: 13964=13932+32=13932⋅13932 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 383
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 772171 mod 787.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 171 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 171 an und zerlegen 171 in eine Summer von 2er-Potenzen:
171 = 128+32+8+2+1
1: 7721=772
2: 7722=7721+1=7721⋅7721 ≡ 772⋅772=595984 ≡ 225 mod 787
4: 7724=7722+2=7722⋅7722 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 257 mod 787
8: 7728=7724+4=7724⋅7724 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 728 mod 787
16: 77216=7728+8=7728⋅7728 ≡ 728⋅728=529984 ≡ 333 mod 787
32: 77232=77216+16=77216⋅77216 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 709 mod 787
64: 77264=77232+32=77232⋅77232 ≡ 709⋅709=502681 ≡ 575 mod 787
128: 772128=77264+64=77264⋅77264 ≡ 575⋅575=330625 ≡ 85 mod 787
772171
= 772128+32+8+2+1
= 772128⋅77232⋅7728⋅7722⋅7721
≡ 85 ⋅ 709 ⋅ 728 ⋅ 225 ⋅ 772 mod 787
≡ 60265 ⋅ 728 ⋅ 225 ⋅ 772 mod 787 ≡ 453 ⋅ 728 ⋅ 225 ⋅ 772 mod 787
≡ 329784 ⋅ 225 ⋅ 772 mod 787 ≡ 31 ⋅ 225 ⋅ 772 mod 787
≡ 6975 ⋅ 772 mod 787 ≡ 679 ⋅ 772 mod 787
≡ 524188 mod 787 ≡ 46 mod 787
Es gilt also: 772171 ≡ 46 mod 787
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 58.
Also bestimme x, so dass 58 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 58
| =>83 | = 1⋅58 + 25 |
| =>58 | = 2⋅25 + 8 |
| =>25 | = 3⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,58)=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= 25-3⋅8 | |||
| 8= 58-2⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -3⋅(58 -2⋅ 25)
= 1⋅25 -3⋅58 +6⋅ 25) = -3⋅58 +7⋅ 25 (=1) |
| 25= 83-1⋅58 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅58 +7⋅(83 -1⋅ 58)
= -3⋅58 +7⋅83 -7⋅ 58) = 7⋅83 -10⋅ 58 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,58)=1 = 7⋅83 -10⋅58
oder wenn man 7⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅83 = -10⋅58
-10⋅58 = -7⋅83 + 1 |+83⋅58
-10⋅58 + 83⋅58 = -7⋅83 + 83⋅58 + 1
(-10 + 83) ⋅ 58 = (-7 + 58) ⋅ 83 + 1
73⋅58 = 51⋅83 + 1
Es gilt also: 73⋅58 = 51⋅83 +1
Somit 73⋅58 = 1 mod 83
73 ist also das Inverse von 58 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
