Pseudoprimes Fermat

Fermatova pseudoprvočísla jsou složená čísla , která projdou Fermatovým testem . Pojmenován po francouzském matematikovi Pierre de Fermat . V teorii čísel představují Fermatova pseudoprimes nejdůležitější třídu pseudoprimes .

Definice

Pseudoprimes

Složené číslo se nazývá pseudoprvočíslo , pokud splňuje nějakou nezbytnou (ale ne postačující ) podmínku , aby bylo číslo prvočíslo, tedy pokud má nějaké vlastnosti prvočísla .

Fermatova malá věta

Fermatova Malá věta říká, že je-li n prvočíslo, pak pro každé číslo sdružené s n platí kongruence .

Pseudosimple Farms

Složené číslo n se nazývá Fermatovo pseudoprvo v základu a (coprime až n ), pokud je provedeno srovnání . Jinými slovy, složené číslo je považováno za pseudoprvočíslo, pokud projde Fermatovým testem na základ a [1] . Číslo, které je Fermatovo pseudoprvo v každém koprimém základu, se nazývá Carmichaelovo číslo .

Variace

Existuje několik variant definice:

Vlastnosti

Distribuce

V daném základu je nekonečně mnoho pseudoprvot (navíc existuje nekonečně mnoho silných pseudoprvot [4] a nekonečně mnoho Carmichaelových čísel [5] ), ale jsou poměrně vzácná [6] . Existují pouze tři Fermatova pseudoprima s bází 2, méně než 1000, 245 méně než jeden milion a pouze 21853 méně než 25 miliard [4] .

Tabulky s některými Fermatovými pseudoprimes

Fermatovo nejmenší pseudojednoduché

Nejmenší Fermatova pseudojednoduchá pro každou bázi a ≤ 200 jsou uvedena v tabulce níže; barvy rozlišují čísla podle počtu různých prvočíselných dělitelů [7] .

Poole čísla

Fermatova pseudojednoduchá k základu 2 se nazývají Pouletova čísla , podle belgického matematika Paula Pouleta [8] . Faktorizace šedesátých prvních Pooletových čísel, včetně třinácti Carmichaelových čísel (zvýrazněných tučně), je v tabulce níže.

Poole číslo, jehož všichni dělitelé d také dělí číslo 2 d − 2, se nazývá supersdružené číslo . Existuje nekonečně mnoho čísel Poulet, která nejsou superčísly Poulet [9] .

Fermatova první pseudoprima (až 10000) základ a

Další informace o Fermatových pseudoprimech k bázím 31 - 100 naleznete v článcích A020159 - A020228 Encyklopedie celočíselných sekvencí [10] .

Důvody, proč je číslo pseudoprvočíslo

Níže je uvedena tabulka všech bází b < n , pro které n je Fermatovo pseudoprvo (všechna složená čísla jsou pseudoprvočísla v bázi 1 a pro b > n je řešení jednoduše posunuto o k * n , kde k > 0), pokud složená číslo n není v tabulce uvedeno, pak je pseudoprvo pouze v základu 1, nebo v základech, které jsou srovnatelné s 1 (mod n ), to znamená, že počet základen b je 1. Tabulka je sestavena pro n < 180 [11] .

Je třeba poznamenat, že pokud p je prvočíslo, pak p 2 je Fermatovo pseudoprvo k bázi b právě tehdy, když p je Wieferichovo prvočíslo k bázi b . Například 1093 2 = 1 194 649 je Fermatova pseudojednoduchá báze 2.

Počet bází b pro n (pro prvočíslo n musí být počet bází b roven n-1 , protože všechna b splňují Fermatovu malou větu ):

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, … (sekvence A063994 v OEIS )

Nejmenší báze b > 1, pro kterou n je pseudoprvočíslo (nebo prvočíslo):

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, … (sekvence A105222 v OEIS ).

Slabé pseudojednoduché

Složené číslo n , které vyhovuje srovnání b n = b (mod n ) se nazývá slabé Fermatovo pseudoprvo k bázi b (zde b nemusí být koprimé k n ) [13] . Nejmenší slabá pseudoprima k bázi b jsou:

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, … (sekvence A000790 v OEIS )

Pokud je požadováno, aby n > b , pak:

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 … (sekvence A239293 v OEIS )

Aplikace

Kvůli jejich vzácnosti mají taková pseudoprimes důležité praktické aplikace. Například kryptografické algoritmy s veřejným klíčem, jako je RSA , vyžadují schopnost rychle najít velká prvočísla [14] . Obvyklý algoritmus pro generování prvočísel je generovat náhodná lichá čísla a testovat je na prvočíslost . Testy deterministické primality jsou však pomalé. Pokud jsme ochotni akceptovat libovolně malou pravděpodobnost, že nalezené číslo není prvočíslo, ale pseudoprvo, lze použít mnohem rychlejší a jednodušší Fermatův test .

Poznámky

  1. Desmedt, Yvo. Šifrovací schémata // Příručka Algoritmy a teorie počítání: Speciální témata a techniky  (anglicky) / Atallah, Michail J.& Blanton, Marina. - CRC Press , 2010. - S. 10-23. — ISBN 978-1-58488-820-8 .
  2. Weisstein, Eric W. Fermat Pseudoprime  na webu Wolfram MathWorld .
  3. Crandall, Pomerance, 2011 , str. 155.
  4. 1 2 Pomerance, Selfridge, Wagstaff 1980 , Věta 1.
  5. W. R. Alford ; Andrew Granville ; Carl Pomerance . Existuje nekonečně mnoho Carmichaelových čísel  // Annals of Mathematics  : journal  . - 1994. - Sv. 139 . - str. 703-722 . - doi : 10.2307/2118576 .
  6. Crandall, Pomerance, 2011 , Věta 3.4.2, str. 154-155.
  7. OEIS sekvence A007535 _
  8. OEIS sekvence A001567 _
  9. W. Sierpinski. Kapitola V.7 // Elementární teorie čísel = Teoria Liczb / Ed. A. Schinzel. - 2 dílčí edice. - Amsterdam: Severní Holandsko, 15. 2. 1988. - S. 232. - 528 s. — (North-Holland Mathematical Library). — ISBN 9780444866622 . Archivováno 8. prosince 2015 na Wayback Machine
  10. Viz také Fermatovu tabulku pseudoprvot pro základy do 150  (německy) ; zde n není definováno jako pseudoprvočíslo v bázích srovnatelných s 1 nebo -1 (mod n ).
  11. Podrobnější informace pro n = 181 ... 5000 jsou v tabulce  (německy) ; zde n není definováno jako pseudoprvočíslo v bázích srovnatelných s 1 nebo -1 (mod n ).
  12. OEIS sekvence A063994 _
  13. Crandall, Pomerance, 2011 , Věta 3.4.1, str. 154.
  14. Crandall, Pomerance, 2011 , Algoritmus 8.1.2, s. 438.

Literatura