Pseudoprimes Fermat

Fermats pseudoprimtal er sammensatte tal , der består Fermat-testen . Opkaldt efter den franske matematiker Pierre de Fermat . I talteorien udgør Fermats pseudoprimer den vigtigste klasse af pseudoprimer .

Definition

Pseudoprimer

Et sammensat tal kaldes pseudoprimtal , hvis det opfylder en nødvendig (men ikke tilstrækkelig ) betingelse for, at tallet er primtal, det vil sige, hvis det har nogle egenskaber af et primtal .

Fermats lille sætning

Fermats lille sætning siger, at hvis n er et primtal, så gælder kongruensen for hvert tal en coprime til n .

Pseudosimple Farms

Et sammensat tal n kaldes et Fermat-pseudoprime i base a (coprime til n ), hvis sammenligning foretages . Med andre ord siges et sammensat tal at være pseudoprime, hvis det består Fermat-testen for at basere et [1] . Et tal, der er Fermats pseudoprime i hver coprime-base, kaldes et Carmichael-tal .

Variationer

Der er nogle variationer af definitionen:

Egenskaber

Fordeling

Der er uendeligt mange pseudoprimer i en given base (derudover er der uendeligt mange stærke pseudoprimer [4] og uendeligt mange Carmichael-tal [5] ), men de er ret sjældne [6] . Der er kun tre base-2 Fermat pseudoprimer mindre end 1000, 245 mindre end en million og kun 21853 mindre end 25 milliarder [4] .

Tabeller med nogle Fermat-pseudoprimer

Fermats mindste pseudosimple

De mindste Fermat-pseudosimple for hver base a ≤ 200 er angivet i tabellen nedenfor; farver skelner tal ved antallet af forskellige primdivisorer [7] .

Poole tal

Fermat pseudosimple til base 2 kaldes Poulet-tal , efter den belgiske matematiker Paul Poulet [8] . Faktoriseringen af ​​de enogtresindstyve Poolet-tal, inklusive de tretten Carmichael-tal (fremhævet med fed), er i tabellen nedenfor.

Poole-tallet, hvor alle divisorer d også deler tallet 2 d − 2, kaldes super Poole -tallet . Der er uendeligt mange Poulet-numre, der ikke er super-Poulet-numre [9] .

Fermats første pseudoprimer (op til 10000) baserer en

For mere information om Fermat-pseudoprimer til baserne 31 - 100, se artiklerne A020159 - A020228 i Encyclopedia of Integer Sequences [10] .

Årsager til, at et tal er pseudoprime

Nedenfor er en tabel over alle baser b < n , for hvilke n er et Fermat-pseudoprimtal (alle sammensatte tal er pseudoprimtal i grundtal 1, og for b > n forskydes løsningen blot med k * n , hvor k > 0), hvis den sammensatte nummer n er ikke angivet i tabellen, så er det kun pseudoprime i base 1, eller i baser, der er sammenlignelige med 1 (mod n ), det vil sige antallet af baser b er 1. Tabellen er kompileret for n < 180 [11] .

Det skal bemærkes, at hvis p er primtal, så er p2 Fermats pseudoprime til base b , hvis og kun hvis p er en Wieferich prime til base b . For eksempel er 1093 2 = 1 194 649 Fermats pseudosimple base 2.

Antallet af baser b for n (for primtal n skal antallet af baser b være lig med n-1 , da alle b opfylder Fermats lille sætning ):

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 mindste base b > 1, for hvilken n er 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 pseudosimple

Et sammensat tal n , der opfylder sammenligningen b n = b (mod n ), kaldes et svagt Fermat-pseudoprimtal til base b (her behøver b ikke at være coprime til n ) [13] . De mindste svage pseudoprimer til base b er:

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 )

Hvis det kræves, at n > b , så:

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 )

Ansøgninger

På grund af deres sjældenhed har sådanne pseudoprimer vigtige praktiske anvendelser. For eksempel kræver public-key kryptografiske algoritmer såsom RSA evnen til hurtigt at finde store primtal [14] . Den sædvanlige algoritme til at generere primtal er at generere tilfældige ulige tal og teste dem for primehed . Deterministiske primalitetstests er dog langsomme. Hvis vi er villige til at acceptere en vilkårligt lille sandsynlighed for, at det fundne tal ikke er primtal, men pseudoprimtal, kan en meget hurtigere og enklere Fermats test bruges .

Noter

  1. Desmedt, Yvo. Krypteringsskemaer // Algoritmer og beregningsteorihåndbog: Særlige emner og teknikker  (engelsk) / 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 -webstedet .
  3. Crandall, Pomerance, 2011 , s. 155.
  4. 1 2 Pomerance, Selfridge, Wagstaff 1980 , sætning 1.
  5. W. R. Alford ; Andrew Granville ; Carl Pomerance . Der er uendeligt mange Carmichael-numre  // Annals of Mathematics  : journal  . - 1994. - Bd. 139 . - s. 703-722 . - doi : 10.2307/2118576 .
  6. Crandall, Pomerance, 2011 , sætning 3.4.2, s. 154-155.
  7. OEIS -sekvens A007535 _
  8. OEIS -sekvens A001567 _
  9. W. Sierpinski. Kapitel V.7 // Elementær Talteori = Teoria Liczb / Udg. A. Schinzel. - 2 underudgaver. - Amsterdam: Nordholland, 1988-02-15. - S. 232. - 528 s. — (Nordhollands matematiske bibliotek). — ISBN 97804444866622 . Arkiveret 8. december 2015 på Wayback Machine
  10. Se også Fermats tabel over pseudoprimer for baser op til 150  (tysk) ; her er n ikke defineret til at være pseudoprime i baser, der er sammenlignelige med 1 eller -1 (mod n ).
  11. Mere detaljerede oplysninger for n = 181 ... 5000 er i tabellen  (tysk) ; her er n ikke defineret til at være pseudoprime i baser, der er sammenlignelige med 1 eller -1 (mod n ).
  12. OEIS -sekvens A063994 _
  13. Crandall, Pomerance, 2011 , sætning 3.4.1, s. 154.
  14. Crandall, Pomerance, 2011 , Algorithm 8.1.2, s. 438.

Litteratur