Fermat pszeudoprímek

A Fermat-féle pszeudoprímek olyan összetett számok , amelyek megfelelnek a Fermat-teszten . Nevét Pierre de Fermat francia matematikusról kapta . A számelméletben a Fermat-féle pszeudoprímek alkotják az álprímek legfontosabb osztályát .

Definíció

Pseudoprímek

Egy összetett számot akkor nevezünk pszeudoprímnek , ha eleget tesz valamilyen szükséges (de nem elégséges ) feltételnek , hogy a szám prím legyen, vagyis ha rendelkezik egy prímszám tulajdonságaival .

Fermat kis tétele

Fermat kis tétele azt mondja, hogy ha n egy prímszám, akkor minden számra n -re írt koprím , a kongruencia teljesül .

Pseudosimple Farms

Az n összetett számot Fermat pszeudoprímnek nevezzük az a bázisban ( n -re koprím ), ha összehasonlítás történik . Más szavakkal, egy összetett számot pszeudoprímnek mondunk, ha megfelel a Fermat-teszten , és egy [1] -et alapoz meg . Azt a számot, amely Fermat pszeudoprímje minden másodprím-alapban, Carmichael-számnak nevezzük .

Változatok

A meghatározásnak van néhány változata:

Tulajdonságok

Elosztás

Egy adott bázisban végtelen sok pszeudoprím található (sőt, végtelenül sok erős pszeudoprím [4] és végtelenül sok Carmichael-szám [5] ), de ezek meglehetősen ritkák [6] . Csak három 2. bázisú Fermat pszeudoprím van 1000-nél, 245 egymilliónál kevesebb, és csak 21853 kisebb 25 milliárdnál [4] .

Táblázatok néhány Fermat pszeudoprímmel

Fermat legkisebb álegyszerűsége

A legkisebb Fermat-pszeudo-egyszerűség minden bázishoz a ≤ 200 az alábbi táblázatban találhatók; a színek megkülönböztetik a számokat a különböző prímosztók száma alapján [7] .

Poole számok

A 2. bázishoz tartozó Fermat pszeudoegyszerűsítéseket Paul Poulet belga matematikus [8] után Poulet-számoknak nevezik . A hatvanegyedik Poolet-szám faktorizálása, beleértve a tizenhárom Carmichael-számot (félkövérrel kiemelve), az alábbi táblázatban található.

A Poole-számot, amelynek minden d osztója osztja a 2 d − 2 számot is, szuperpoolszámnak nevezzük . Végtelenül sok olyan Poulet-szám van, amely nem szuper-Poulet-szám [9] .

Fermat első pszeudoprímjai (10000-ig) a

A 31–100. bázisig terjedő Fermat-pszeudoprímekkel kapcsolatos további információkért lásd az Encyclopedia of Integer Sequences [10] A020159 – A020228 cikkeit .

Okok, amiért egy szám pszeudoprím

Az alábbiakban egy táblázat látható az összes b < n bázisról , amelyre n egy Fermat pszeudoprím (minden összetett szám pszeudoprím az 1. bázisban, és b > n esetén a megoldást egyszerűen eltoljuk k * n -nel , ahol k > 0), ha az összetett n szám nincs feltüntetve a táblázatban, akkor csak 1-es bázisban, vagy 1-hez hasonló bázisokban (mod n ) pszeudoprím, azaz a b bázisok száma 1. A táblázat n < 180 -ra van összeállítva [11] .

Meg kell jegyezni, hogy ha p prím, akkor p 2 akkor és csak akkor a Fermat-féle pszeudoprím b bázishoz , ha p Wieferich prím a b bázishoz . Például 1093 2 = 1 194 649 Fermat pszeudoegyszerű bázisa 2.

A b bázisok száma n -re ( n prím esetén a b bázisok számának n-1- nek kell lennie , mivel minden b kielégíti Fermat kis tételét ):

1, 1, 2, 1, 4, 1, 6, 1, 2, 1, 10, 1, 12, 1, 4, 1, 16, 1, 18, 1, 4, 1, 22, 1, 4, 1, 2, 3, 28, 1, 30, 1, 4, 1, 4, 1, 36, 1, 4, 1, 40, 1, 42, 1, 8, 1, 46, 1, 6, 1, … ( A063994 sorozat az OEIS -ben )

A legkisebb b > 1 bázis, amelyre n pszeudoprím (vagy prím):

2, 3, 2, 5, 2, 7, 2, 9, 8, 11, 2, 13, 2, 15, 4, 17, 2, 19, 2, 21, 8, 23, 2, 25, 7, 27, 26, 9, 2, 31, 2, 33, 10, 35, 6, 37, 2, 39, 14, 41, 2, 43, 2, 45, 8, 47, 2, 49, 18, 51, … ( A105222 sorozat az OEIS -ben ).

Gyenge pszeudoegyszerű

Az n összetett számot , amely kielégíti a b n = b (mod n ) összehasonlítást , gyenge Fermat-pszeudoprímnek nevezzük b bázishoz (itt b -nek nem kell koprímének lennie n -hez ) [13] . A b bázis legkisebb gyenge pszeudoprímjai a következők:

4, 341, 6, 4, 4, 6, 6, 4, 4, 6, 10, 4, 4, 14, 6, 4, 4, 6, 6, 4, 4, 6, 22, 4, 4, 9, 6, 4, 4, 6, 6, 4, 4, 6, 9, 4, 4, 38, 6, 4, 4, 6, 6, 4, 4, 6, 46, 4, 4, 10, … ( A000790 sorozat az OEIS -ben )

Ha szükséges, hogy n > b , akkor:

4, 341, 6, 6, 10, 10, 14, 9, 12, 15, 15, 22, 21, 15, 21, 20, 34, 25, 38, 21, 28, 33, 33, 25, 28, 27, 39, 36, 35, 49, 49, 33, 44, 35, 45, 42, 45, 39, 57, 52, 82, 66, 77, 45, 55, 69, 65, 49, 56, 5 … ( A239293 sorozat az OEIS -ben )

Alkalmazások

Ritkaságuk miatt az ilyen pszeudoprímeknek fontos gyakorlati alkalmazásaik vannak. Például a nyilvános kulcsú kriptográfiai algoritmusok, mint például az RSA , megkövetelik a nagy prímszámok gyors megtalálásának képességét [14] . A prímszámok generálásának szokásos algoritmusa véletlenszerű páratlan számok generálása és prímszám tesztelése . A determinisztikus primalitástesztek azonban lassúak. Ha hajlandóak vagyunk elfogadni egy tetszőlegesen kis valószínűséget, hogy a talált szám nem prím, hanem pszeudoprím, akkor sokkal gyorsabb és egyszerűbb Fermat-teszt használható .

Jegyzetek

  1. Desmedt, Yvo. Titkosítási sémák // Számítási algoritmusok és elméletek kézikönyve: Speciális témák és technikák  (angol) / Atallah, Mikhail J.és Blanton, Marina. - CRC Press , 2010. - P. 10-23. — ISBN 978-1-58488-820-8 .
  2. Weisstein, Eric W. Fermat Pseudoprime  a Wolfram MathWorld webhelyén .
  3. Crandall, Pomerance, 2011 , p. 155.
  4. 1 2 Pomerance, Selfridge, Wagstaff 1980 , 1. tétel.
  5. W. R. Alford ; Andrew Granville ; Carl Pomerance . Végtelenül sok Carmichael-szám van  // Annals of Mathematics  : folyóirat  . - 1994. - 1. évf. 139 . - P. 703-722 . - doi : 10.2307/2118576 .
  6. Crandall, Pomerance, 2011 , 3.4.2. tétel, p. 154-155.
  7. OEIS szekvencia A007535 _
  8. OEIS szekvencia A001567 _
  9. W. Sierpinski. V.7. fejezet // Elemi számelmélet = Teoria Liczb / Szerk. A. Schinzel. - 2 alkiadás. - Amszterdam: Észak-Hollandia, 1988.02.15. - S. 232. - 528 p. — (Észak-Holland Matematikai Könyvtár). — ISBN 9780444866622 . Archiválva : 2015. december 8. a Wayback Machine -nál
  10. Lásd még Fermat pszeudoprímtáblázatát 150 bázisig  (német) ; itt n nem pszeudoprimként van definiálva 1-hez vagy -1-hez hasonló bázisokban (mod n ).
  11. ↑ Az n = 181 ... 5000-re vonatkozó részletesebb információk a táblázatban találhatók (német) ; itt n nem pszeudoprimként van definiálva 1-hez vagy -1-hez hasonló bázisokban (mod n ). 
  12. OEIS szekvencia A063994 _
  13. Crandall, Pomerance, 2011 , 3.4.1. tétel, p. 154.
  14. Crandall, Pomerance, 2011 , Algoritmus 8.1.2, p. 438.

Irodalom