φ

Eulersche Phi-Funktion Rechner

Compute φ(n) — count coprime integers, prime factorization, Euler's product formula & RSA connection

Schnellbeispiele

Was ist die Eulersche Phi-Funktion φ(n)?

Die Eulersche Phi-Funktion, geschrieben φ(n) oder phi(n), ist eine der wichtigsten Funktionen in der Zahlentheorie. Für eine positive ganze Zahl n zählt φ(n), wie viele ganzen Zahlen von 1 bis n teilerfremd zu n sind – also wie viele k die Bedingung ggT(k, n) = 1 erfüllen. Die Funktion wurde 1763 von Leonhard Euler im Rahmen seiner Arbeiten zur modularen Arithmetik eingeführt.

Beispiel: φ(12) = 4, da nur die Zahlen 1, 5, 7 und 11 (von 1 bis 12) keinen gemeinsamen Faktor mit 12 haben. Zahlen wie 2, 3, 4, 6, 8, 9, 10 und 12 teilen alle einen Faktor mit 12 = 2² × 3.

Eulersches Produktformel

Der effizienteste Weg zur Berechnung von φ(n) ist das Eulersche Produktformel. Zunächst die Primfaktorzerlegung von n bestimmen:

n = p₁^a₁ × p₂^a₂ × ... × pₖ^aₖ

Dann anwenden:

φ(n) = n × (1 − 1/p₁) × (1 − 1/p₂) × ... × (1 − 1/pₖ)

Für n = 60 = 2² × 3 × 5: φ(60) = 60 × (1 − 1/2) × (1 − 1/3) × (1 − 1/5) = 16. Die Formel funktioniert, weil die Totientfunktion multiplikativ ist – wenn ggT(a, b) = 1, dann φ(ab) = φ(a) × φ(b).

Wichtige Eigenschaften

  • φ(1) = 1 — 1 ist die einzige Zahl, die im Bereich [1, 1] teilerfremd zu sich selbst ist.
  • φ(p) = p − 1 für jede Primzahl p — alle ganzen Zahlen 1 bis p−1 sind teilerfremd zu p.
  • φ(p^k) = p^(k-1) × (p − 1) für Primzahlpotenzen.
  • Multiplikativ: φ(mn) = φ(m) × φ(n) wenn ggT(m, n) = 1.
  • Summatorische Eigenschaft: Die Summe von φ(d) über alle Teiler d von n ist gleich n.
  • φ(n) ist stets gerade für n > 2 (da teilerfremde Paare {k, n−k} paarweise auftreten).

Eulerscher Satz

Der Eulersche Satz ist der Grundstein der modularen Arithmetik: Wenn ggT(a, n) = 1, dann gilt:

a^φ(n) ≡ 1 (mod n)

Das verallgemeinert den Kleinen Satz von Fermat (wenn n prim ist, gilt φ(n) = n − 1, also a^(n−1) ≡ 1 mod n). Der Eulersche Satz wird zur Berechnung modularer Inversen und für schnelle modulare Exponentiation in der Kryptographie verwendet.

RSA-Kryptographie-Verbindung

RSA, das am weitesten verbreitete Public-Key-Kryptosystem, basiert direkt auf der Eulerschen Phi-Funktion. Die Einrichtung:

  • Zwei große Primzahlen p und q wählen.
  • n = p × q setzen (der RSA-Modulus). Das ist ein Semiprimus.
  • φ(n) = (p − 1)(q − 1) berechnen.
  • Verschlüsselungsexponent e mit ggT(e, φ(n)) = 1 wählen.
  • Entschlüsselungsexponent d berechnen, sodass e × d ≡ 1 (mod φ(n)).

Die Sicherheit beruht auf der Schwierigkeit der Faktorisierung von n – ein Angreifer, der n nicht faktorisieren kann, kann φ(n) nicht berechnen und daher d nicht finden. Bei einem typischen RSA-2048-Schlüssel ist n ein 2048-Bit-Semiprimus und φ(n) ≈ n.

φ(n) Referenztabelle: n = 1 bis 30

nφ(n)PrimfaktorenTeilerfremd-Quote nφ(n)PrimfaktorenTeilerfremd-Quote
11—100% 168250%
21250% 17161794.1%
32366.7% 1862, 333.3%
42250% 19181994.7%
54580% 2082, 540%
622, 333.3%21123, 757.1%
76785.7% 22102, 1145.5%
84250% 23222395.7%
96366.7% 2482, 333.3%
1042, 540%2520580%
11101190.9%26122, 1346.2%
1242, 333.3%2718366.7%
13121392.3%28122, 742.9%
1462, 742.9%29282996.6%
1583, 553.3%3082, 3, 526.7%

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Eulersche Phi-Funktion φ(n)?
Die Eulersche Phi-Funktion φ(n) zählt, wie viele positive ganze Zahlen bis n teilerfremd zu n sind – Zahlen k mit ggT(k, n) = 1. Beispiel: φ(12) = 4, da nur 1, 5, 7 und 11 teilerfremd zu 12 sind. Die Funktion wurde 1763 von Leonhard Euler eingeführt und ist grundlegend in der Zahlentheorie und Kryptographie.
Wie berechnet man φ(n) mit der Primfaktorzerlegung?
n = p₁^a₁ × p₂^a₂ × ... × pₖ^aₖ faktorisieren, dann das Eulersche Produktformel anwenden: φ(n) = n × (1 − 1/p₁) × (1 − 1/p₂) × ... × (1 − 1/pₖ). Für n = 12 = 2² × 3: φ(12) = 12 × (1 − 1/2) × (1 − 1/3) = 4. Die Formel funktioniert, weil die Totientfunktion multiplikativ ist.
Was ist φ(p), wenn p eine Primzahl ist?
Wenn p prim ist, gilt φ(p) = p − 1. Alle ganzen Zahlen von 1 bis p−1 sind teilerfremd zu p. Beispiele: φ(7) = 6, φ(13) = 12, φ(97) = 96. Umgekehrt muss n prim sein, wenn φ(n) = n − 1. Das ist die Grundlage des Kleinen Satzes von Fermat: a^(p−1) ≡ 1 (mod p) für ggT(a, p) = 1.
Wie wird die Eulersche Phi-Funktion in der RSA-Kryptographie verwendet?
Bei RSA wählt man zwei große Primzahlen p und q, setzt n = p × q und berechnet φ(n) = (p−1)(q−1). Daraus werden der Verschlüsselungsexponent e (teilerfremd zu φ(n)) und Entschlüsselungsexponent d mit e × d ≡ 1 (mod φ(n)) bestimmt. Die Sicherheit basiert auf der Schwierigkeit der Faktorisierung von n.
Was ist der Eulersche Satz und wie hängt er mit φ(n) zusammen?
Der Eulersche Satz besagt: Wenn ggT(a, n) = 1, dann gilt a^φ(n) ≡ 1 (mod n). Das verallgemeinert den Kleinen Satz von Fermat (Spezialfall: n ist prim). Der Eulersche Satz liegt der RSA-Entschlüsselung und modularen Exponentiation zugrunde.
Was sind teilerfremde Zahlen?
Zwei ganze Zahlen a und b sind teilerfremd (oder relativ prim), wenn ggT(a, b) = 1 – sie teilen keinen gemeinsamen Primfaktor. Beispiel: 8 = 2³ und 15 = 3 × 5 sind teilerfremd. Das Eulersche Totient φ(n) zählt genau, wie viele ganze Zahlen von 1 bis n teilerfremd zu n sind.
Was ist der Wert von φ(1)?
φ(1) = 1. Per Konvention gilt ggT(1, 1) = 1, daher ist 1 teilerfremd zu sich selbst. Es ist die einzige ganze Zahl in [1, 1], die teilerfremd zu 1 ist. Das ist der einzige Fall, in dem φ(n) = 1 gilt.