Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (296 - 11996) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(296 - 11996) mod 6 ≡ (296 mod 6 - 11996 mod 6) mod 6.
296 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 296
= 300
11996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11996
= 12000
Somit gilt:
(296 - 11996) mod 6 ≡ (2 - 2) mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 19) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(46 ⋅ 19) mod 3 ≡ (46 mod 3 ⋅ 19 mod 3) mod 3.
46 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 15 ⋅ 3 + 1 ist.
19 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 6 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(46 ⋅ 19) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 370128 mod 449.
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. 370 -> x
2. mod(x²,449) -> 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: 3701=370
2: 3702=3701+1=3701⋅3701 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 404 mod 449
4: 3704=3702+2=3702⋅3702 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 229 mod 449
8: 3708=3704+4=3704⋅3704 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 357 mod 449
16: 37016=3708+8=3708⋅3708 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 382 mod 449
32: 37032=37016+16=37016⋅37016 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 448 mod 449
64: 37064=37032+32=37032⋅37032 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 1 mod 449
128: 370128=37064+64=37064⋅37064 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 449
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 776191 mod 907.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:
191 = 128+32+16+8+4+2+1
1: 7761=776
2: 7762=7761+1=7761⋅7761 ≡ 776⋅776=602176 ≡ 835 mod 907
4: 7764=7762+2=7762⋅7762 ≡ 835⋅835=697225 ≡ 649 mod 907
8: 7768=7764+4=7764⋅7764 ≡ 649⋅649=421201 ≡ 353 mod 907
16: 77616=7768+8=7768⋅7768 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 350 mod 907
32: 77632=77616+16=77616⋅77616 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 55 mod 907
64: 77664=77632+32=77632⋅77632 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 304 mod 907
128: 776128=77664+64=77664⋅77664 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 809 mod 907
776191
= 776128+32+16+8+4+2+1
= 776128⋅77632⋅77616⋅7768⋅7764⋅7762⋅7761
≡ 809 ⋅ 55 ⋅ 350 ⋅ 353 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907
≡ 44495 ⋅ 350 ⋅ 353 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907 ≡ 52 ⋅ 350 ⋅ 353 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907
≡ 18200 ⋅ 353 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907 ≡ 60 ⋅ 353 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907
≡ 21180 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907 ≡ 319 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907
≡ 207031 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907 ≡ 235 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907
≡ 196225 ⋅ 776 mod 907 ≡ 313 ⋅ 776 mod 907
≡ 242888 mod 907 ≡ 719 mod 907
Es gilt also: 776191 ≡ 719 mod 907
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 33.
Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 33
| =>83 | = 2⋅33 + 17 |
| =>33 | = 1⋅17 + 16 |
| =>17 | = 1⋅16 + 1 |
| =>16 | = 16⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,33)=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= 17-1⋅16 | |||
| 16= 33-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -1⋅(33 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -1⋅33 +1⋅ 17) = -1⋅33 +2⋅ 17 (=1) |
| 17= 83-2⋅33 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅33 +2⋅(83 -2⋅ 33)
= -1⋅33 +2⋅83 -4⋅ 33) = 2⋅83 -5⋅ 33 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,33)=1 = 2⋅83 -5⋅33
oder wenn man 2⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅83 = -5⋅33
-5⋅33 = -2⋅83 + 1 |+83⋅33
-5⋅33 + 83⋅33 = -2⋅83 + 83⋅33 + 1
(-5 + 83) ⋅ 33 = (-2 + 33) ⋅ 83 + 1
78⋅33 = 31⋅83 + 1
Es gilt also: 78⋅33 = 31⋅83 +1
Somit 78⋅33 = 1 mod 83
78 ist also das Inverse von 33 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
