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Multiplikative Ordnung modulo n (Elementordnung)

· Zuletzt aktualisiert:2026-08-27

Berechnet die multiplikative Ordnung ord_n(a) — das kleinste k ≥ 1 mit a^k ≡ 1 (mod n) (erfordert ggT(a, n) = 1). Der Algorithmus startet bei φ(n) und entfernt Primfaktoren unter Prüfung von a^(ord/p); die Ausgabe enthält die Potenztafel von a, den Minimalitätsbeweis (a^(k/p) ≢ 1 für jede Primzahl p | k), die erzeugte zyklische Untergruppe <a> sowie Kennzeichnungen, ob a Primitivwurzel ist (ord = φ(n)) oder die maximale Ordnung erreicht (ord = λ(n)). Klassiker: ord_7(3) = 6 = φ(7), 3 ist Primitivwurzel modulo 7; ord_15(2) = 4 < φ(15) = 8.

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Wichtige Fakten

Kategorie
Math & Numbers
Eingabetypen
text
Ausgabetyp
text
Sample-Abdeckung
4
API bereit
Ja

Überblick

Dieses Tool berechnet die multiplikative Ordnung ord_n(a) eines Elements a modulo n. Es bestimmt das kleinste k ≥ 1 mit a^k ≡ 1 (mod n), liefert die vollständige Potenztafel, prüft die Minimalität und ermittelt die erzeugte zyklische Untergruppe <a> sowie Eigenschaften wie Primitivwurzeln und maximale Ordnungen.

Wann verwenden

  • Wenn für zahlentheoretische Aufgaben oder Beweise die exakte Ordnung eines Elements mod n benötigt wird.
  • Zur Überprüfung, ob eine gegebene Zahl a eine Primitivwurzel modulo n ist (ord_n(a) = φ(n)).
  • Bei kryptografischen Analysen von zyklischen Untergruppen in multiplikativen Einheitenstrukturen (Z/nZ)*.

So funktioniert es

  1. 1Prüfung der Teilerfremdheit von a und n über den ggT (Bedingung ggT(a, n) = 1).
  2. 2Faktorisierung von n und Bestimmung der Eulerschen Phi-Funktion φ(n) sowie der Carmichael-Funktion λ(n).
  3. 3Effiziente Reduktion von φ(n) durch sukzessives Testen von Teilerpotenzen a^(ord/p) mod n.
  4. 4Generierung der Potenzfolge, des Minimalitätsbeweises und der erzeugten zyklischen Untergruppe <a>.

Anwendungsfälle

  • Kryptografische Parameteranalyse für Diffie-Hellman- und RSA-Schlüsselaustauschverfahren.
  • Lösung von Übungsaufgaben und mathematischen Beweisen in der modularen Arithmetik und Gruppentheorie.
  • Bestimmung der Periodenlänge von periodischen Dezimalbrüchen und linearen Kongruenzgeneratoren.

Beispiele

1. Primitivwurzelprüfung modulo 7

Mathematikstudent

Hintergrund

Für ein Zahlentheorie-Tutorium soll nachgewiesen werden, dass 3 eine Primitivwurzel modulo 7 ist.

Aufgabe

Berechnung von ord_7(3) inklusive Potenztafel und Minimalitätsnachweis.

Verwendung

Trage 3 als Element a und 7 als Modul n in die Eingabefelder ein.

Ergebnis

Das Tool liefert ord_7(3) = 6 = φ(7), zeigt die vollständige Untergruppe {3, 2, 6, 4, 5, 1} und bestätigt den Primitivwurzelstatus.

2. Analyse einer Untergruppe modulo 15

Kryptografie-Entwickler

Hintergrund

Untersuchung der zyklischen Untergruppe erzeugt durch das Element 2 im Restklassenring Z/15Z.

Aufgabe

Bestimmung der Untergruppenordnung und Vergleich mit φ(15) und λ(15).

Verwendung

Trage 2 als Element a und 15 als Modul n ein.

Ergebnis

Das Tool gibt ord_15(2) = 4 aus, bestätigt ord = λ(15) = 4 und weist nach, dass 2 genau 4 von 8 Einheiten erzeugt.

FAQ

Was ist die multiplikative Ordnung ord_n(a)?

Es ist die kleinste positive ganze Zahl k ≥ 1, für die a^k ≡ 1 (mod n) gilt.

Warum müssen a und n teilerfremd sein?

Wenn ggT(a, n) > 1 ist, kann keine Potenz von a kongruent zu 1 modulo n sein, da a keine Einheit in Z/nZ ist.

Wann ist ein Element eine Primitivwurzel?

Ein Element a ist eine Primitivwurzel modulo n, wenn seine Ordnung genau gleich φ(n) ist und es somit alle Einheiten erzeugt.

Welche Beschränkungen gelten für die Eingaben?

Das Tool unterstützt Moduln n im Bereich von 2 bis 10¹² und Elemente a mit Werten bis zu 10⁵¹².

Was bedeutet es, wenn die Ordnung gleich λ(n) ist?

Das Element erreicht die maximal mögliche Ordnung in der Gruppe (Z/nZ)*, auch wenn keine Primitivwurzel existiert.

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Carmichael-Funktion-λ(n)-Rechner

Berechnet die Carmichael-Funktion λ(n) — den Exponenten der multiplikativen Gruppe (Z/nZ)*, also das kleinste k mit a^k ≡ 1 (mod n) für jedes zu n teilerfremde a. Aufgebaut aus der Primfaktorzerlegung (λ(2)=1, λ(4)=2, λ(2^k)=2^(k−2) für k ≥ 3, λ(p^k)=φ(p^k) bei ungeraden Potenzen, dann kgV), zusammen mit φ(n), der Existenz einer Primitivwurzel und dem Korselt-Kriterium zur Erkennung von Carmichael-Zahlen. Klassiker: λ(561) = 80 (561 ist die kleinste Carmichael-Zahl) und λ(8) = 2 < φ(8) = 4.

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Chinesischer Restsatz (Kongruenzsystem)

Löst das System x ≡ rᵢ (mod mᵢ) (2–20 Kongruenzen) mit dem verallgemeinerten chinesischen Restsatz durch paarweise Verschmelzung: Bei paarweise teilerfremden Moduln ist der kombinierte Modul das Produkt, bei nicht teilerfremden, aber verträglichen das kgV; ein unverträgliches System wird klar als unlösbar gemeldet. Jede Kongruenz wird gegen die Endlösung verifiziert. Klassiker: x ≡ 2 (mod 3), x ≡ 3 (mod 5), x ≡ 2 (mod 7) → x = 23 (mod 105).

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Permutations-/Kombinations-/Teilmengen-Generator (mit Wiederholungen)

Erzeugt Permutationen, Kombinationen und Teilmengen einer Multimenge, automatisch dedupliziert und in lexikographischer Ordnung: Permutationen über next_permutation mit exakter Anzahl n!/Π(mᵢ!); Kombinationen als alle verschiedenen k-Teilmengen der Multimenge, gezählt als Koeffizient von x^k in Π(1+x+…+x^mᵢ) (C(n,k) bei lauter verschiedenen Elementen); Teilmengen mit Anzahl Π(mᵢ+1) (2ⁿ bei lauter verschiedenen), inklusive leerer Menge. Bis zu 12 Elemente, Anzeige auf 200 Einträge begrenzt, die Anzahl ist stets exakt; im Kombinationsmodus gilt 1 ≤ k ≤ n. Klassiker: Permutationen von [A, A, B] → 3!/2! = 3 (AAB, ABA, BAA); Teilmengen von [A, A, B] → (2+1)(1+1) = 6.

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Eulersche φ-Funktion-Rechner

Berechnet Eulers φ-Funktion — wie viele Zahlen in [1, n] teilerfremd zu n sind. Faktorisiert n per Probedivision und wertet exakt φ(n) = n · Π(1 − 1/p) aus (n ≤ 10¹²), optional mit den ersten 60 teilerfremden Zahlen und dem Euler-Theorem a^φ(n) ≡ 1 (mod n). Klassiker: φ(36) = 12 (36 = 2² × 3²); für Primzahlen gilt φ(n) = n − 1, z. B. φ(97) = 96.