Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1800 - 2996) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1800 - 2996) mod 6 ≡ (1800 mod 6 - 2996 mod 6) mod 6.
1800 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1800
= 1800
2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996
= 3000
Somit gilt:
(1800 - 2996) mod 6 ≡ (0 - 2) mod 6 ≡ -2 mod 6 ≡ 4 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (88 ⋅ 61) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(88 ⋅ 61) mod 10 ≡ (88 mod 10 ⋅ 61 mod 10) mod 10.
88 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 80 + 8 = 8 ⋅ 10 + 8 ist.
61 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 6 ⋅ 10 + 1 ist.
Somit gilt:
(88 ⋅ 61) mod 10 ≡ (8 ⋅ 1) mod 10 ≡ 8 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 25532 mod 613.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 255 -> x
2. mod(x²,613) -> 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: 2551=255
2: 2552=2551+1=2551⋅2551 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 47 mod 613
4: 2554=2552+2=2552⋅2552 ≡ 47⋅47=2209 ≡ 370 mod 613
8: 2558=2554+4=2554⋅2554 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 201 mod 613
16: 25516=2558+8=2558⋅2558 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 556 mod 613
32: 25532=25516+16=25516⋅25516 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 184 mod 613
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 327244 mod 491.
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: 3271=327
2: 3272=3271+1=3271⋅3271 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 382 mod 491
4: 3274=3272+2=3272⋅3272 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 97 mod 491
8: 3278=3274+4=3274⋅3274 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 80 mod 491
16: 32716=3278+8=3278⋅3278 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 17 mod 491
32: 32732=32716+16=32716⋅32716 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 491
64: 32764=32732+32=32732⋅32732 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 51 mod 491
128: 327128=32764+64=32764⋅32764 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 146 mod 491
327244
= 327128+64+32+16+4
= 327128⋅32764⋅32732⋅32716⋅3274
≡ 146 ⋅ 51 ⋅ 289 ⋅ 17 ⋅ 97 mod 491
≡ 7446 ⋅ 289 ⋅ 17 ⋅ 97 mod 491 ≡ 81 ⋅ 289 ⋅ 17 ⋅ 97 mod 491
≡ 23409 ⋅ 17 ⋅ 97 mod 491 ≡ 332 ⋅ 17 ⋅ 97 mod 491
≡ 5644 ⋅ 97 mod 491 ≡ 243 ⋅ 97 mod 491
≡ 23571 mod 491 ≡ 3 mod 491
Es gilt also: 327244 ≡ 3 mod 491
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 53.
Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 53
| =>89 | = 1⋅53 + 36 |
| =>53 | = 1⋅36 + 17 |
| =>36 | = 2⋅17 + 2 |
| =>17 | = 8⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,53)=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= 17-8⋅2 | |||
| 2= 36-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17) = -8⋅36 +17⋅ 17 (=1) |
| 17= 53-1⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36) = 17⋅53 -25⋅ 36 (=1) |
| 36= 89-1⋅53 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 17⋅53 -25⋅(89 -1⋅ 53)
= 17⋅53 -25⋅89 +25⋅ 53) = -25⋅89 +42⋅ 53 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,53)=1 = -25⋅89 +42⋅53
oder wenn man -25⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +25⋅89 = +42⋅53
Es gilt also: 42⋅53 = 25⋅89 +1
Somit 42⋅53 = 1 mod 89
42 ist also das Inverse von 53 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
