Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (247 - 78) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(247 - 78) mod 8 ≡ (247 mod 8 - 78 mod 8) mod 8.
247 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 247
= 240
78 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78
= 80
Somit gilt:
(247 - 78) mod 8 ≡ (7 - 6) mod 8 ≡ 1 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 57) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(70 ⋅ 57) mod 11 ≡ (70 mod 11 ⋅ 57 mod 11) mod 11.
70 mod 11 ≡ 4 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 66 + 4 = 6 ⋅ 11 + 4 ist.
57 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 55 + 2 = 5 ⋅ 11 + 2 ist.
Somit gilt:
(70 ⋅ 57) mod 11 ≡ (4 ⋅ 2) mod 11 ≡ 8 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 246128 mod 757.
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. 246 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 2461=246
2: 2462=2461+1=2461⋅2461 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 713 mod 757
4: 2464=2462+2=2462⋅2462 ≡ 713⋅713=508369 ≡ 422 mod 757
8: 2468=2464+4=2464⋅2464 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 189 mod 757
16: 24616=2468+8=2468⋅2468 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 142 mod 757
32: 24632=24616+16=24616⋅24616 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 482 mod 757
64: 24664=24632+32=24632⋅24632 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 682 mod 757
128: 246128=24664+64=24664⋅24664 ≡ 682⋅682=465124 ≡ 326 mod 757
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 246105 mod 739.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 105 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 105 an und zerlegen 105 in eine Summer von 2er-Potenzen:
105 = 64+32+8+1
1: 2461=246
2: 2462=2461+1=2461⋅2461 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 657 mod 739
4: 2464=2462+2=2462⋅2462 ≡ 657⋅657=431649 ≡ 73 mod 739
8: 2468=2464+4=2464⋅2464 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 156 mod 739
16: 24616=2468+8=2468⋅2468 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 688 mod 739
32: 24632=24616+16=24616⋅24616 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 384 mod 739
64: 24664=24632+32=24632⋅24632 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 395 mod 739
246105
= 24664+32+8+1
= 24664⋅24632⋅2468⋅2461
≡ 395 ⋅ 384 ⋅ 156 ⋅ 246 mod 739
≡ 151680 ⋅ 156 ⋅ 246 mod 739 ≡ 185 ⋅ 156 ⋅ 246 mod 739
≡ 28860 ⋅ 246 mod 739 ≡ 39 ⋅ 246 mod 739
≡ 9594 mod 739 ≡ 726 mod 739
Es gilt also: 246105 ≡ 726 mod 739
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 54.
Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 54
| =>97 | = 1⋅54 + 43 |
| =>54 | = 1⋅43 + 11 |
| =>43 | = 3⋅11 + 10 |
| =>11 | = 1⋅10 + 1 |
| =>10 | = 10⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,54)=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= 11-1⋅10 | |||
| 10= 43-3⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -1⋅(43 -3⋅ 11)
= 1⋅11 -1⋅43 +3⋅ 11) = -1⋅43 +4⋅ 11 (=1) |
| 11= 54-1⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅43 +4⋅(54 -1⋅ 43)
= -1⋅43 +4⋅54 -4⋅ 43) = 4⋅54 -5⋅ 43 (=1) |
| 43= 97-1⋅54 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅54 -5⋅(97 -1⋅ 54)
= 4⋅54 -5⋅97 +5⋅ 54) = -5⋅97 +9⋅ 54 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,54)=1 = -5⋅97 +9⋅54
oder wenn man -5⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅97 = +9⋅54
Es gilt also: 9⋅54 = 5⋅97 +1
Somit 9⋅54 = 1 mod 97
9 ist also das Inverse von 54 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
