Modulær matematikk

Modulo (mod, modulus) er restheltallet som blir igjen når et heltall blir dividert med et annet heltall. For eksempel 7 mod 2 = 1. Modulusregning ble utviklet av Carl Friedrich Gauss i Disquisitiones arithmeticae. Modulær matematikk kalles også klokkearitmetikk. 16 er kongruent 4 modulo 12, dvs. kl. 16:00 om ettermiddagen tilsvarer klokken 04:00 om morgenen.

 

For et positivt heltall n er to hele tall a og b kongruent modulo n uttrykt som

\(\displaystyle a \equiv b \;(\mod n)\)

hvis a-b er et heltallsmultiplum av n

En 12-timers klokke, deler døgnet inn i to 12-timers perioder og er et eksempel på aritmetikk modulo 12. En gammeldags klokke  er en ring med heltall, og 12 er kongruent med både 0 og 12. 0≡12 mod12

Hvis klokken er 6 og ønsker å vite hva klokken er 8 timer seinere er, 6+8=14, så vil klokken være 2

Dette er addisjon modulo 12 hvor en sirkel er delt i n like store deler, for en klokke er n=12. Modulo finner resten etter deling av et heltall med et annet

To tall a og b sies å være kongruent (≡, merk forskjell fra likhetstegnet =) modulo n:

\(\displaystyle a \equiv b (\bmod n) \;\;\; \text{hvis} \;\;a-b=kn\)

for et heltall k. a og b kan også være negative heltall.

Tallene 37 og 57 er kongruente(≡) modulo 10, begge med rest 7 når de deles på 10 og 37-57=-20 som er delelig på 10.

Modulær multiplikativ invers til et heltall a modulo n er et heltall x slik at:

\(\displaystyle a^{-1} \equiv x(\bmod n)\)

Dette er ekvialent med :

\(\displaystyle ax \equiv aa^{-1} \equiv 1(\bmod n)\)

Hvis vi vil finne x for a=3 og n=11, så vil x=4

Kongruens modulo n er en ekvivalensrelasjon og klasseinndeling av heltallene Z, hvor a og b er ekvivalente hvis differansen mellom dem er delelig med n.

Hvis a er et positivt så har vi følgende undergruppe av heltallene Z:

\(\{\dots,-3a, -2a, -a, 0, a, 2a, 3a,\dots \}\)

Det er flere eksempler på bruk av modulær matematikk i tillegg til kryptoalgoritmer e.g.  Diffie-Hellman-Merkle og RSA kryptografi.

I IBAN-nummeret (International Bank Account Numbers) som bankene benytter brukes modulo 97 for å beregne kontrollsummen for å finne feil bruk av bankkontonummer.

CAS-nummeret som brukes til å identifisere alle kjemiske stoffer har et unikt sistesiffer for ethvert kjemikalium. Dette beregnes ved å  ta siste siffer i de to første delene av CAS-nummeret ganger 1, neste siffer ganger 2, neste siffer ganger 3 osv, som til slutt brukes til å beregne sum modulo 10.

Modulo 7 for å finne ukedag i kalenderen. Modulo 12 i tolvtonemusikk. Modulo 2 i summering av bits, samt moduloregning innen en rekke disipliner økonomi, sosialvitenskap, spillteori og lignende. 

Fermats lille teorem

For å teste om et tall er et primtall kan man bruke Fermat´s lille teorem som sier at hvis p er et primtall så vil ap-a, hvor a er et heltall, være et heltallmultippel  av p

\(\displaystyle a^p \equiv a (\bmod p)\)

Det sier også at hvis a ikke er delelig på p så tilsvarer dette at ap-1-1 er et heltallmultippel av p:

\(\displaystyle a^{p-1} \equiv 1(\bmod p)\)

Et spesialtilfelle av Fermats lille teorem er at p er et primtall hvis og bare hvis:

\(\displaystyle 2^p \equiv 2(\bmod p)\)

En generalisering er Eulers teorem:

\(a^{\phi(n)}\equiv1(\bmod n)\)

Tilbake til hovedside

Publisert 25. nov. 2019 10:39 - Sist endret 3. mai 2021 13:22