Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (297 - 600) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(297 - 600) mod 3 ≡ (297 mod 3 - 600 mod 3) mod 3.
297 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 297
= 300
600 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 600
= 600
Somit gilt:
(297 - 600) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 26) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20 ⋅ 26) mod 4 ≡ (20 mod 4 ⋅ 26 mod 4) mod 4.
20 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 20 + 0 = 5 ⋅ 4 + 0 ist.
26 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 24 + 2 = 6 ⋅ 4 + 2 ist.
Somit gilt:
(20 ⋅ 26) mod 4 ≡ (0 ⋅ 2) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 49464 mod 797.
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. 494 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 4941=494
2: 4942=4941+1=4941⋅4941 ≡ 494⋅494=244036 ≡ 154 mod 797
4: 4944=4942+2=4942⋅4942 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 603 mod 797
8: 4948=4944+4=4944⋅4944 ≡ 603⋅603=363609 ≡ 177 mod 797
16: 49416=4948+8=4948⋅4948 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 246 mod 797
32: 49432=49416+16=49416⋅49416 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 741 mod 797
64: 49464=49432+32=49432⋅49432 ≡ 741⋅741=549081 ≡ 745 mod 797
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 453124 mod 587.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 124 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 124 an und zerlegen 124 in eine Summer von 2er-Potenzen:
124 = 64+32+16+8+4
1: 4531=453
2: 4532=4531+1=4531⋅4531 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 346 mod 587
4: 4534=4532+2=4532⋅4532 ≡ 346⋅346=119716 ≡ 555 mod 587
8: 4538=4534+4=4534⋅4534 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 437 mod 587
16: 45316=4538+8=4538⋅4538 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 194 mod 587
32: 45332=45316+16=45316⋅45316 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 68 mod 587
64: 45364=45332+32=45332⋅45332 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 515 mod 587
453124
= 45364+32+16+8+4
= 45364⋅45332⋅45316⋅4538⋅4534
≡ 515 ⋅ 68 ⋅ 194 ⋅ 437 ⋅ 555 mod 587
≡ 35020 ⋅ 194 ⋅ 437 ⋅ 555 mod 587 ≡ 387 ⋅ 194 ⋅ 437 ⋅ 555 mod 587
≡ 75078 ⋅ 437 ⋅ 555 mod 587 ≡ 529 ⋅ 437 ⋅ 555 mod 587
≡ 231173 ⋅ 555 mod 587 ≡ 482 ⋅ 555 mod 587
≡ 267510 mod 587 ≡ 425 mod 587
Es gilt also: 453124 ≡ 425 mod 587
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 45
| =>83 | = 1⋅45 + 38 |
| =>45 | = 1⋅38 + 7 |
| =>38 | = 5⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,45)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 38-5⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(38 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅38 +10⋅ 7) = -2⋅38 +11⋅ 7 (=1) |
| 7= 45-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅38 +11⋅(45 -1⋅ 38)
= -2⋅38 +11⋅45 -11⋅ 38) = 11⋅45 -13⋅ 38 (=1) |
| 38= 83-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅45 -13⋅(83 -1⋅ 45)
= 11⋅45 -13⋅83 +13⋅ 45) = -13⋅83 +24⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,45)=1 = -13⋅83 +24⋅45
oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅83 = +24⋅45
Es gilt also: 24⋅45 = 13⋅83 +1
Somit 24⋅45 = 1 mod 83
24 ist also das Inverse von 45 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
