Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3992 + 1604) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3992 + 1604) mod 8 ≡ (3992 mod 8 + 1604 mod 8) mod 8.
3992 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3992
= 4000
1604 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1604
= 1600
Somit gilt:
(3992 + 1604) mod 8 ≡ (0 + 4) mod 8 ≡ 4 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (60 ⋅ 36) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(60 ⋅ 36) mod 9 ≡ (60 mod 9 ⋅ 36 mod 9) mod 9.
60 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 54 + 6 = 6 ⋅ 9 + 6 ist.
36 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 36 + 0 = 4 ⋅ 9 + 0 ist.
Somit gilt:
(60 ⋅ 36) mod 9 ≡ (6 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 40464 mod 617.
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. 404 -> x
2. mod(x²,617) -> 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: 4041=404
2: 4042=4041+1=4041⋅4041 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 328 mod 617
4: 4044=4042+2=4042⋅4042 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 226 mod 617
8: 4048=4044+4=4044⋅4044 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 482 mod 617
16: 40416=4048+8=4048⋅4048 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 332 mod 617
32: 40432=40416+16=40416⋅40416 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 398 mod 617
64: 40464=40432+32=40432⋅40432 ≡ 398⋅398=158404 ≡ 452 mod 617
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 88087 mod 929.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 87 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 87 an und zerlegen 87 in eine Summer von 2er-Potenzen:
87 = 64+16+4+2+1
1: 8801=880
2: 8802=8801+1=8801⋅8801 ≡ 880⋅880=774400 ≡ 543 mod 929
4: 8804=8802+2=8802⋅8802 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 356 mod 929
8: 8808=8804+4=8804⋅8804 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 392 mod 929
16: 88016=8808+8=8808⋅8808 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 379 mod 929
32: 88032=88016+16=88016⋅88016 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 575 mod 929
64: 88064=88032+32=88032⋅88032 ≡ 575⋅575=330625 ≡ 830 mod 929
88087
= 88064+16+4+2+1
= 88064⋅88016⋅8804⋅8802⋅8801
≡ 830 ⋅ 379 ⋅ 356 ⋅ 543 ⋅ 880 mod 929
≡ 314570 ⋅ 356 ⋅ 543 ⋅ 880 mod 929 ≡ 568 ⋅ 356 ⋅ 543 ⋅ 880 mod 929
≡ 202208 ⋅ 543 ⋅ 880 mod 929 ≡ 615 ⋅ 543 ⋅ 880 mod 929
≡ 333945 ⋅ 880 mod 929 ≡ 434 ⋅ 880 mod 929
≡ 381920 mod 929 ≡ 101 mod 929
Es gilt also: 88087 ≡ 101 mod 929
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 43.
Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 43
| =>101 | = 2⋅43 + 15 |
| =>43 | = 2⋅15 + 13 |
| =>15 | = 1⋅13 + 2 |
| =>13 | = 6⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,43)=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= 13-6⋅2 | |||
| 2= 15-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -6⋅(15 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -6⋅15 +6⋅ 13) = -6⋅15 +7⋅ 13 (=1) |
| 13= 43-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅15 +7⋅(43 -2⋅ 15)
= -6⋅15 +7⋅43 -14⋅ 15) = 7⋅43 -20⋅ 15 (=1) |
| 15= 101-2⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅43 -20⋅(101 -2⋅ 43)
= 7⋅43 -20⋅101 +40⋅ 43) = -20⋅101 +47⋅ 43 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,43)=1 = -20⋅101 +47⋅43
oder wenn man -20⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +20⋅101 = +47⋅43
Es gilt also: 47⋅43 = 20⋅101 +1
Somit 47⋅43 = 1 mod 101
47 ist also das Inverse von 43 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
