Pseudoprimes Fermat

Fermats pseudoprimtal är sammansatta tal som klarar Fermat-testet . Uppkallad efter den franske matematikern Pierre de Fermat . I talteorin utgör Fermats pseudoprimer den viktigaste klassen av pseudoprimer .

Definition

Pseudoprimer

Ett sammansatt tal kallas pseudoprimtal om det uppfyller något nödvändigt (men inte tillräckligt ) villkor för att talet ska vara primtal, det vill säga om det har vissa egenskaper hos ett primtal .

Fermats lilla sats

Fermats lilla sats säger att om n är ett primtal, så gäller kongruensen för varje tal ett samprimtal till n .

Pseudosimple Farms

Ett sammansatt nummer n kallas ett Fermat-pseudoprime i bas a (samprime till n ) om jämförelse görs . Med andra ord, ett sammansatt tal sägs vara pseudoprime om det klarar Fermat-testet för att basera en [1] . Ett tal som är Fermats pseudoprimtal i varje coprime-bas kallas ett Carmichael-tal .

Variationer

Det finns några varianter av definitionen:

Egenskaper

Distribution

Det finns oändligt många pseudoprimer i en given bas (desutom finns det oändligt många starka pseudoprimer [4] och oändligt många Carmichael-tal [5] ), men de är ganska sällsynta [6] . Det finns bara tre bas-2 Fermat-pseudoprimer mindre än 1000, 245 mindre än en miljon och endast 21853 mindre än 25 miljarder [4] .

Tabeller med några Fermat-pseudoprimer

Fermats minsta pseudosimple

De minsta Fermat-pseudosimplarna för varje bas a ≤ 200 anges i tabellen nedan; färger särskiljer tal genom antalet olika primtalsdelare [7] .

Poole nummer

Fermat pseudosimples till bas 2 kallas Poulet-tal , efter den belgiske matematikern Paul Poulet [8] . Faktoriseringen av de sextioförsta Poolet-talen, inklusive de tretton Carmichael-talen (markerade med fet stil), finns i tabellen nedan.

Poole-talet, där alla divisorer d också delar talet 2 d − 2, kallas super Poole- talet . Det finns oändligt många Poulet-nummer som inte är super-Poulet-nummer [9] .

Fermats första pseudoprimer (upp till 10000) baserar en

För mer information om Fermats pseudoprimer till baserna 31 - 100, se artiklarna A020159 - A020228 i Encyclopedia of Integer Sequences [10] .

Orsaker till att ett tal är pseudoprime

Nedan finns en tabell över alla baser b < n för vilka n är ett Fermat-pseudoprimtal (alla sammansatta tal är pseudoprimtal i bas 1, och för b > n skiftas lösningen helt enkelt med k * n , där k > 0) om den sammansatta nummer n anges inte i tabellen, då är det pseudoprime bara i bas 1, eller i baser som är jämförbara med 1 (mod n ), det vill säga antalet baser b är 1. Tabellen är sammanställd för n < 180 [11] .

Det bör noteras att om p är primtal så är p 2 Fermats pseudoprim till bas b om och endast om p är ett Wieferich primtal till bas b . Till exempel är 1093 2 = 1 194 649 Fermats pseudoenkla bas 2.

Antalet baser b för n (för primtal n måste antalet baser b vara lika med n-1 , eftersom alla b uppfyller Fermats lilla teorem ):

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, … (sekvens A063994 i OEIS )

Den minsta basen b > 1 för vilken n är pseudoprime (eller prime):

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, … (sekvens A105222 i OEIS ).

Svag pseudoenkel

Ett sammansatt tal n som uppfyller jämförelsen b n = b (mod n ) kallas en svag Fermat-pseudoprim till bas b (här behöver b inte vara coprime till n ) [13] . De minsta svaga pseudoprimerna till bas b är:

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, … (sekvens A000790 i OEIS )

Om det krävs att n > b , då:

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, … (sekvens A239293 i OEIS )

Applikationer

På grund av deras sällsynthet har sådana pseudoprimer viktiga praktiska tillämpningar. Till exempel kräver public-key kryptografiska algoritmer som RSA förmågan att snabbt hitta stora primtal [14] . Den vanliga algoritmen för att generera primtal är att generera slumpmässiga udda tal och testa dem för primitet . Men deterministiska primatitetstester är långsamma. Om vi ​​är villiga att acceptera en godtyckligt liten sannolikhet att talet som hittas inte är primtal, utan pseudoprimtal, kan ett mycket snabbare och enklare Fermats test användas .

Anteckningar

  1. Desmedt, Yvo. Krypteringsscheman // Handbok för algoritmer och beräkningsteori: Särskilda ämnen och tekniker  (engelska) / Atallah, Mikhail J.& Blanton, Marina. - CRC Press , 2010. - S. 10-23. — ISBN 978-1-58488-820-8 .
  2. Weisstein, Eric W. Fermat Pseudoprime  på Wolfram MathWorld- webbplatsen .
  3. Crandall, Pomerance, 2011 , sid. 155.
  4. 1 2 Pomerance, Selfridge, Wagstaff 1980 , sats 1.
  5. W. R. Alford ; Andrew Granville ; Carl Pomerance . Det finns oändligt många Carmichael Numbers  // Annals of Mathematics  : journal  . - 1994. - Vol. 139 . - s. 703-722 . - doi : 10.2307/2118576 .
  6. Crandall, Pomerance, 2011 , sats 3.4.2, sid. 154-155.
  7. OEIS - sekvens A007535 _
  8. OEIS - sekvens A001567 _
  9. W. Sierpinski. Kapitel V.7 // Elementär talteori = Teoria Liczb / Ed. A. Schinzel. - 2 underupplagor. - Amsterdam: North Holland, 1988-02-15. - S. 232. - 528 sid. — (North-Holland Mathematical Library). — ISBN 9780444866622 . Arkiverad 8 december 2015 på Wayback Machine
  10. Se även Fermats tabell över pseudoprimer för baser upp till 150  (tyska) ; här definieras n inte som pseudoprim i baser jämförbara med 1 eller -1 (mod n ).
  11. Mer detaljerad information för n = 181 ... 5000 finns i tabellen  (tyska) ; här definieras n inte som pseudoprim i baser jämförbara med 1 eller -1 (mod n ).
  12. OEIS - sekvens A063994 _
  13. Crandall, Pomerance, 2011 , sats 3.4.1, sid. 154.
  14. Crandall, Pomerance, 2011 , Algorithm 8.1.2, sid. 438.

Litteratur