Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1199 + 124) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1199 + 124) mod 4 ≡ (1199 mod 4 + 124 mod 4) mod 4.
1199 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1199
= 1100
124 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 124
= 120
Somit gilt:
(1199 + 124) mod 4 ≡ (3 + 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 33) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(93 ⋅ 33) mod 5 ≡ (93 mod 5 ⋅ 33 mod 5) mod 5.
93 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 18 ⋅ 5 + 3 ist.
33 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 30 + 3 = 6 ⋅ 5 + 3 ist.
Somit gilt:
(93 ⋅ 33) mod 5 ≡ (3 ⋅ 3) mod 5 ≡ 9 mod 5 ≡ 4 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 330128 mod 709.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 330 -> x
2. mod(x²,709) -> 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: 3301=330
2: 3302=3301+1=3301⋅3301 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 423 mod 709
4: 3304=3302+2=3302⋅3302 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 261 mod 709
8: 3308=3304+4=3304⋅3304 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 57 mod 709
16: 33016=3308+8=3308⋅3308 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 413 mod 709
32: 33032=33016+16=33016⋅33016 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 409 mod 709
64: 33064=33032+32=33032⋅33032 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 666 mod 709
128: 330128=33064+64=33064⋅33064 ≡ 666⋅666=443556 ≡ 431 mod 709
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 199239 mod 223.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 239 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 239 an und zerlegen 239 in eine Summer von 2er-Potenzen:
239 = 128+64+32+8+4+2+1
1: 1991=199
2: 1992=1991+1=1991⋅1991 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 130 mod 223
4: 1994=1992+2=1992⋅1992 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 175 mod 223
8: 1998=1994+4=1994⋅1994 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 74 mod 223
16: 19916=1998+8=1998⋅1998 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 124 mod 223
32: 19932=19916+16=19916⋅19916 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 212 mod 223
64: 19964=19932+32=19932⋅19932 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 121 mod 223
128: 199128=19964+64=19964⋅19964 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 146 mod 223
199239
= 199128+64+32+8+4+2+1
= 199128⋅19964⋅19932⋅1998⋅1994⋅1992⋅1991
≡ 146 ⋅ 121 ⋅ 212 ⋅ 74 ⋅ 175 ⋅ 130 ⋅ 199 mod 223
≡ 17666 ⋅ 212 ⋅ 74 ⋅ 175 ⋅ 130 ⋅ 199 mod 223 ≡ 49 ⋅ 212 ⋅ 74 ⋅ 175 ⋅ 130 ⋅ 199 mod 223
≡ 10388 ⋅ 74 ⋅ 175 ⋅ 130 ⋅ 199 mod 223 ≡ 130 ⋅ 74 ⋅ 175 ⋅ 130 ⋅ 199 mod 223
≡ 9620 ⋅ 175 ⋅ 130 ⋅ 199 mod 223 ≡ 31 ⋅ 175 ⋅ 130 ⋅ 199 mod 223
≡ 5425 ⋅ 130 ⋅ 199 mod 223 ≡ 73 ⋅ 130 ⋅ 199 mod 223
≡ 9490 ⋅ 199 mod 223 ≡ 124 ⋅ 199 mod 223
≡ 24676 mod 223 ≡ 146 mod 223
Es gilt also: 199239 ≡ 146 mod 223
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 32.
Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 32
| =>79 | = 2⋅32 + 15 |
| =>32 | = 2⋅15 + 2 |
| =>15 | = 7⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,32)=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= 15-7⋅2 | |||
| 2= 32-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -7⋅(32 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -7⋅32 +14⋅ 15) = -7⋅32 +15⋅ 15 (=1) |
| 15= 79-2⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -7⋅32 +15⋅(79 -2⋅ 32)
= -7⋅32 +15⋅79 -30⋅ 32) = 15⋅79 -37⋅ 32 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,32)=1 = 15⋅79 -37⋅32
oder wenn man 15⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -15⋅79 = -37⋅32
-37⋅32 = -15⋅79 + 1 |+79⋅32
-37⋅32 + 79⋅32 = -15⋅79 + 79⋅32 + 1
(-37 + 79) ⋅ 32 = (-15 + 32) ⋅ 79 + 1
42⋅32 = 17⋅79 + 1
Es gilt also: 42⋅32 = 17⋅79 +1
Somit 42⋅32 = 1 mod 79
42 ist also das Inverse von 32 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
