Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (31994 - 78) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(31994 - 78) mod 8 ≡ (31994 mod 8 - 78 mod 8) mod 8.
31994 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31994
= 31000
78 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78
= 80
Somit gilt:
(31994 - 78) mod 8 ≡ (2 - 6) mod 8 ≡ -4 mod 8 ≡ 4 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 59) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(21 ⋅ 59) mod 6 ≡ (21 mod 6 ⋅ 59 mod 6) mod 6.
21 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 18 + 3 = 3 ⋅ 6 + 3 ist.
59 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 54 + 5 = 9 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(21 ⋅ 59) mod 6 ≡ (3 ⋅ 5) mod 6 ≡ 15 mod 6 ≡ 3 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 54364 mod 701.
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. 543 -> x
2. mod(x²,701) -> 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: 5431=543
2: 5432=5431+1=5431⋅5431 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 429 mod 701
4: 5434=5432+2=5432⋅5432 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 379 mod 701
8: 5438=5434+4=5434⋅5434 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 637 mod 701
16: 54316=5438+8=5438⋅5438 ≡ 637⋅637=405769 ≡ 591 mod 701
32: 54332=54316+16=54316⋅54316 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 183 mod 701
64: 54364=54332+32=54332⋅54332 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 542 mod 701
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 260225 mod 487.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 225 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 225 an und zerlegen 225 in eine Summer von 2er-Potenzen:
225 = 128+64+32+1
1: 2601=260
2: 2602=2601+1=2601⋅2601 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 394 mod 487
4: 2604=2602+2=2602⋅2602 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 370 mod 487
8: 2608=2604+4=2604⋅2604 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 53 mod 487
16: 26016=2608+8=2608⋅2608 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 374 mod 487
32: 26032=26016+16=26016⋅26016 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 107 mod 487
64: 26064=26032+32=26032⋅26032 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 248 mod 487
128: 260128=26064+64=26064⋅26064 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 142 mod 487
260225
= 260128+64+32+1
= 260128⋅26064⋅26032⋅2601
≡ 142 ⋅ 248 ⋅ 107 ⋅ 260 mod 487
≡ 35216 ⋅ 107 ⋅ 260 mod 487 ≡ 152 ⋅ 107 ⋅ 260 mod 487
≡ 16264 ⋅ 260 mod 487 ≡ 193 ⋅ 260 mod 487
≡ 50180 mod 487 ≡ 19 mod 487
Es gilt also: 260225 ≡ 19 mod 487
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 88.
Also bestimme x, so dass 88 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 88
| =>97 | = 1⋅88 + 9 |
| =>88 | = 9⋅9 + 7 |
| =>9 | = 1⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,88)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 9-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(9 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅9 +3⋅ 7) = -3⋅9 +4⋅ 7 (=1) |
| 7= 88-9⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅9 +4⋅(88 -9⋅ 9)
= -3⋅9 +4⋅88 -36⋅ 9) = 4⋅88 -39⋅ 9 (=1) |
| 9= 97-1⋅88 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅88 -39⋅(97 -1⋅ 88)
= 4⋅88 -39⋅97 +39⋅ 88) = -39⋅97 +43⋅ 88 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,88)=1 = -39⋅97 +43⋅88
oder wenn man -39⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +39⋅97 = +43⋅88
Es gilt also: 43⋅88 = 39⋅97 +1
Somit 43⋅88 = 1 mod 97
43 ist also das Inverse von 88 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
