Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (26996 - 45006) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(26996 - 45006) mod 9 ≡ (26996 mod 9 - 45006 mod 9) mod 9.
26996 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26996
= 27000
45006 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45006
= 45000
Somit gilt:
(26996 - 45006) mod 9 ≡ (5 - 6) mod 9 ≡ -1 mod 9 ≡ 8 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 88) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 ⋅ 88) mod 8 ≡ (63 mod 8 ⋅ 88 mod 8) mod 8.
63 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 56 + 7 = 7 ⋅ 8 + 7 ist.
88 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 88 + 0 = 11 ⋅ 8 + 0 ist.
Somit gilt:
(63 ⋅ 88) mod 8 ≡ (7 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 60032 mod 641.
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. 600 -> 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: 6001=600
2: 6002=6001+1=6001⋅6001 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 399 mod 641
4: 6004=6002+2=6002⋅6002 ≡ 399⋅399=159201 ≡ 233 mod 641
8: 6008=6004+4=6004⋅6004 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 445 mod 641
16: 60016=6008+8=6008⋅6008 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 597 mod 641
32: 60032=60016+16=60016⋅60016 ≡ 597⋅597=356409 ≡ 13 mod 641
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 965220 mod 997.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 220 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 220 an und zerlegen 220 in eine Summer von 2er-Potenzen:
220 = 128+64+16+8+4
1: 9651=965
2: 9652=9651+1=9651⋅9651 ≡ 965⋅965=931225 ≡ 27 mod 997
4: 9654=9652+2=9652⋅9652 ≡ 27⋅27=729 ≡ 729 mod 997
8: 9658=9654+4=9654⋅9654 ≡ 729⋅729=531441 ≡ 40 mod 997
16: 96516=9658+8=9658⋅9658 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 603 mod 997
32: 96532=96516+16=96516⋅96516 ≡ 603⋅603=363609 ≡ 701 mod 997
64: 96564=96532+32=96532⋅96532 ≡ 701⋅701=491401 ≡ 877 mod 997
128: 965128=96564+64=96564⋅96564 ≡ 877⋅877=769129 ≡ 442 mod 997
965220
= 965128+64+16+8+4
= 965128⋅96564⋅96516⋅9658⋅9654
≡ 442 ⋅ 877 ⋅ 603 ⋅ 40 ⋅ 729 mod 997
≡ 387634 ⋅ 603 ⋅ 40 ⋅ 729 mod 997 ≡ 798 ⋅ 603 ⋅ 40 ⋅ 729 mod 997
≡ 481194 ⋅ 40 ⋅ 729 mod 997 ≡ 640 ⋅ 40 ⋅ 729 mod 997
≡ 25600 ⋅ 729 mod 997 ≡ 675 ⋅ 729 mod 997
≡ 492075 mod 997 ≡ 554 mod 997
Es gilt also: 965220 ≡ 554 mod 997
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 36.
Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 36
| =>53 | = 1⋅36 + 17 |
| =>36 | = 2⋅17 + 2 |
| =>17 | = 8⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,36)=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) |
Es gilt also: ggt(53,36)=1 = 17⋅53 -25⋅36
oder wenn man 17⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -17⋅53 = -25⋅36
-25⋅36 = -17⋅53 + 1 |+53⋅36
-25⋅36 + 53⋅36 = -17⋅53 + 53⋅36 + 1
(-25 + 53) ⋅ 36 = (-17 + 36) ⋅ 53 + 1
28⋅36 = 19⋅53 + 1
Es gilt also: 28⋅36 = 19⋅53 +1
Somit 28⋅36 = 1 mod 53
28 ist also das Inverse von 36 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
