Pseudoprime Fermat

Pseudoprimele lui Fermat sunt numere compuse care trec testul Fermat . Numit după matematicianul francez Pierre de Fermat . În teoria numerelor , pseudoprimele lui Fermat constituie cea mai importantă clasă de pseudoprime .

Definiție

Pseudoprime

Un număr compus se numește pseudoprim dacă îndeplinește o condiție necesară (dar nu suficientă ) pentru ca numărul să fie prim, adică dacă are unele proprietăți ale unui număr prim .

Mica Teoremă a lui Fermat

Mica Teoremă a lui Fermat spune că dacă n este un număr prim, atunci pentru fiecare număr un coprim la n , congruența este valabilă .

Ferme pseudosimple

Un număr compus n se numește pseudoprim Fermat în baza a (coprim la n ) dacă se face comparație . Cu alte cuvinte, se spune că un număr compus este pseudoprim dacă trece testul Fermat pentru a baza a [1] . Un număr care este pseudoprimul lui Fermat în fiecare bază coprime se numește număr Carmichael .

Variante

Există câteva variații ale definiției:

Proprietăți

Distribuție

Există infinit de pseudoprime într-o bază dată (mai mult, există infinit de pseudoprime puternice [4] și infinit de numere Carmichael [5] ), dar sunt destul de rare [6] . Există doar trei pseudoprime Fermat de bază 2 mai puțin de 1000, 245 mai puțin de un milion și doar 21853 mai puțin de 25 de miliarde [4] .

Tabele cu unele pseudoprime Fermat

Cel mai mic pseudosimplu al lui Fermat

Cele mai mici pseudosimple Fermat pentru fiecare bază a ≤ 200 sunt date în tabelul de mai jos; culorile disting numerele după numărul de divizori primi diferiți [7] .

Numerele Poole

Pseudosimplele Fermat la baza 2 se numesc numere Poulet , după matematicianul belgian Paul Poulet [8] . Factorizarea celor șaizeci și unu de numere Poolet, inclusiv cele treisprezece numere Carmichael (evidențiate cu aldine), se află în tabelul de mai jos.

Numărul Poole, a cărui toți divizorii d împart și numărul 2 d − 2, se numește super număr Poole . Există infinit de multe numere Poulet care nu sunt numere super-Poulet [9] .

Primele pseudoprime ale lui Fermat (până la 10000) se bazează pe a

Pentru mai multe informații despre pseudoprimele Fermat la bazele 31 - 100, vezi articolele A020159 - A020228 din Encyclopedia of Integer Sequences [10] .

Motive pentru care un număr este pseudoprim

Mai jos este un tabel cu toate bazele b < n pentru care n este un pseudoprim Fermat (toate numerele compuse sunt pseudoprime în baza 1, iar pentru b > n soluția este pur și simplu deplasată cu k * n , unde k > 0) dacă compusul numărul n nu este indicat în tabel, atunci este pseudoprim doar în baza 1, sau în baze care sunt comparabile cu 1 (mod n ), adică numărul bazelor b este 1. Tabelul este întocmit pentru n < 180 [11] .

Trebuie remarcat că dacă p este prim, atunci p 2 este pseudoprimul lui Fermat la baza b dacă și numai dacă p este un prim Wieferich la baza b . De exemplu, 1093 2 = 1 194 649 este baza pseudosimplu 2 a lui Fermat.

Numărul de baze b pentru n (pentru prim n , numărul de baze b trebuie să fie egal cu n-1 , deoarece toate b satisfac mica teoremă a lui Fermat ):

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, … (secvența A063994 în OEIS )

Cea mai mică bază b > 1 pentru care n este pseudoprim (sau prim):

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, … (secvența A105222 în OEIS ).

Pseudosimplu slab

Un număr compus n care satisface comparația b n = b (mod n ) se numește pseudoprim slab Fermat față de baza b (aici b nu trebuie să fie coprim cu n ) [13] . Cele mai mici pseudoprime slabe la baza b sunt:

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, … (secvența A000790 în OEIS )

Dacă se cere ca n > b , atunci:

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, 56, 56 … (secvența A239293 în OEIS )

Aplicații

Datorită rarității lor, astfel de pseudoprime au aplicații practice importante. De exemplu, algoritmii criptografici cu cheie publică, cum ar fi RSA , necesită capacitatea de a găsi rapid numere prime mari [14] . Algoritmul obișnuit pentru generarea numerelor prime este de a genera numere impare aleatoare și de a le testa pentru prim . Cu toate acestea, testele de primalitate deterministă sunt lente. Dacă suntem dispuși să acceptăm o probabilitate arbitrar mică ca numărul găsit să nu fie prim, ci pseudoprim, se poate folosi un test Fermat mult mai rapid și mai simplu .

Note

  1. Desmedt, Yvo. Scheme de criptare // Manual de algoritmi și teoria calculului: subiecte și tehnici speciale  (engleză) / Atallah, Mikhail J.și Blanton, Marina. - CRC Press , 2010. - P. 10-23. — ISBN 978-1-58488-820-8 .
  2. ^ Weisstein, Eric W. Fermat Pseudoprime pe site- ul Wolfram MathWorld .  
  3. Crandall, Pomerance, 2011 , p. 155.
  4. 1 2 Pomerance, Selfridge, Wagstaff 1980 , Teorema 1.
  5. W. R. Alford ; Andrew Granville ; Carl Pomerance . Există infinit de multe numere Carmichael  // Analele matematicii  : jurnal  . - 1994. - Vol. 139 . - P. 703-722 . - doi : 10.2307/2118576 .
  6. Crandall, Pomerance, 2011 , Teorema 3.4.2, p. 154-155.
  7. Secvența OEIS A007535 _
  8. Secvența OEIS A001567 _
  9. W. Sierpinski. Capitolul V.7 // Teoria elementară a numerelor = Teoria Liczb / Ed. A. Schinzel. - 2 subediții. - Amsterdam: Olanda de Nord, 15-02-1988. - S. 232. - 528 p. — (Biblioteca de matematică din Olanda de Nord). — ISBN 9780444866622 . Arhivat pe 8 decembrie 2015 la Wayback Machine
  10. Vezi și tabelul lui Fermat de pseudoprime pentru baze până la 150  (germană) ; aici n nu este definit ca fiind pseudoprim în baze comparabile cu 1 sau -1 (mod n ).
  11. Informații mai detaliate pentru n = 181 ... 5000 sunt în tabel  (germană) ; aici n nu este definit ca fiind pseudoprim în baze comparabile cu 1 sau -1 (mod n ).
  12. Secvența OEIS A063994 _
  13. Crandall, Pomerance, 2011 , Teorema 3.4.1, p. 154.
  14. Crandall, Pomerance, 2011 , Algoritmul 8.1.2, p. 438.

Literatură