Pseudoprimos Fermat

Los pseudoprimos de Fermat son números compuestos que pasan la prueba de Fermat . Nombrado en honor al matemático francés Pierre de Fermat . En teoría de números , los pseudoprimos de Fermat constituyen la clase más importante de pseudoprimos .

Definición

Pseudoprimos

Un número compuesto se llama pseudoprimo si cumple alguna condición necesaria (pero no suficiente ) para que el número sea primo, es decir, si tiene algunas propiedades de un número primo .

Pequeño teorema de Fermat

El pequeño teorema de Fermat dice que si n es un número primo, entonces para cada número coprimo de n , la congruencia se cumple .

Granjas pseudosimples

Un número compuesto n se llama pseudoprimo de Fermat en base a (coprimo con n ) si se hace una comparación . En otras palabras, se dice que un número compuesto es pseudoprimo si pasa la prueba de Fermat para basar a [1] . Un número que es el pseudoprimo de Fermat en cada base coprima se llama número de Carmichael .

Variaciones

Hay algunas variaciones en la definición:

Propiedades

Distribución

Hay infinitos pseudoprimos en una base dada (además, hay infinitos pseudoprimos fuertes [4] e infinitos números de Carmichael [5] ), pero son bastante raros [6] . Solo hay tres pseudoprimos de Fermat de base 2 menores que 1000, 245 menos de un millón y solo 21853 menos de 25 mil millones [4] .

Tablas con algunos pseudoprimos de Fermat

El pseudosimple más pequeño de Fermat

Los pseudosimples de Fermat más pequeños para cada base a ≤ 200 se dan en la siguiente tabla; los colores distinguen números por el número de divisores primos diferentes [7] .

Números de Poole

Los pseudosimples de Fermat en base 2 se denominan números de Poulet , en honor al matemático belga Paul Poulet [8] . La factorización de los sesenta y un números de Poolet, incluidos los trece números de Carmichael (resaltados en negrita), se encuentra en la siguiente tabla.

El número de Poole, cuyos divisores d también dividen el número 2 d − 2, se llama supernúmero de Poole . Hay un número infinito de números de Poulet que no son supernúmeros de Poulet [9] .

Los primeros pseudoprimos de Fermat (hasta 10000) se basan en

Para obtener más información sobre los pseudoprimos de Fermat a las bases 31 - 100, consulte los artículos A020159 - A020228 de la Encyclopedia of Integer Sequences [10] .

Razones por las que un número es pseudoprimo

A continuación se muestra una tabla de todas las bases b < n para las cuales n es un pseudoprimo de Fermat (todos los números compuestos son pseudoprimos en base 1, y para b > n la solución simplemente se desplaza por k * n , donde k > 0) si el compuesto el número n no está indicado en la tabla, entonces es pseudoprimo solo en base 1, o en bases comparables a 1 (mod n ), es decir, el número de bases b es 1. La tabla está compilada para n < 180 [11] .

Cabe señalar que si p es primo, entonces p 2 es el pseudoprimo de Fermat en base b si y sólo si p es un primo de Wieferich en base b . Por ejemplo, 1093 2 = 1 194 649 es la base 2 pseudosimple de Fermat.

El número de bases b para n (para primos n , el número de bases b debe ser igual a n-1 , ya que todos los b satisfacen el pequeño teorema de 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, … (secuencia A063994 en OEIS )

La base más pequeña b > 1 para la cual n es pseudoprimo (o primo):

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, … (secuencia A105222 en OEIS ).

Pseudosimple débil

Un número compuesto n que satisface la comparación b n = b (mod n ) se denomina pseudoprimo débil de Fermat en base b (aquí b no necesita ser coprimo con n ) [13] . Los pseudoprimos débiles más pequeños a la base b son:

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, … (secuencia A000790 en OEIS )

Si se requiere que n > b , entonces:

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, 51, … (secuencia A239293 en OEIS )

Aplicaciones

Debido a su rareza, estos pseudoprimos tienen importantes aplicaciones prácticas. Por ejemplo, los algoritmos criptográficos de clave pública como RSA requieren la capacidad de encontrar rápidamente números primos grandes [14] . El algoritmo habitual para generar números primos es generar números impares aleatorios y comprobar su primacía . Sin embargo, las pruebas de primalidad determinista son lentas. Si estamos dispuestos a aceptar una probabilidad arbitrariamente pequeña de que el número encontrado no sea primo, sino pseudoprimo, se puede utilizar una prueba de Fermat mucho más rápida y sencilla .

Notas

  1. Desmedt, Yvo. Esquemas de cifrado // Manual de algoritmos y teoría de la computación: temas y técnicas especiales  (inglés) / Atallah, Mikhail J.y Blanton, Marina. - Prensa CRC , 2010. - Pág. 10-23. — ISBN 978-1-58488-820-8 .
  2. Weisstein, Eric W. Fermat Pseudoprime  en el sitio web de Wolfram MathWorld .
  3. Crandall, Pomerance, 2011 , pág. 155.
  4. 1 2 Pomerance, Selfridge, Wagstaff 1980 , Teorema 1.
  5. WR Alford ; Andrés Granville ; Carlos Pomerance . Hay infinitamente muchos números de Carmichael  // Annals of Mathematics  : journal  . - 1994. - vol. 139 . - Pág. 703-722 . -doi : 10.2307/ 2118576 .
  6. Crandall, Pomerance, 2011 , Teorema 3.4.2, p. 154-155.
  7. Secuencia OEIS A007535 _
  8. Secuencia OEIS A001567 _
  9. W. Sierpinski. Capítulo V.7 // Teoría elemental de números = Teoria Liczb / Ed. A. Schinzel. - 2 sub ediciones. - Ámsterdam: Holanda Septentrional, 1988-02-15. - S. 232. - 528 pág. — (Biblioteca Matemática de Holanda Septentrional). — ISBN 9780444866622 . Archivado el 8 de diciembre de 2015 en Wayback Machine .
  10. Véase también la tabla de pseudoprimos de Fermat para bases hasta 150  (alemán) ; aquí n no está definido como pseudoprimo en bases comparables a 1 o -1 (mod n ).
  11. Información más detallada para n = 181 ... 5000 está en la tabla  (alemán) ; aquí n no está definido como pseudoprimo en bases comparables a 1 o -1 (mod n ).
  12. Secuencia OEIS A063994 _
  13. Crandall, Pomerance, 2011 , Teorema 3.4.1, p. 154.
  14. Crandall, Pomerance, 2011 , Algoritmo 8.1.2, p. 438.

Literatura