Minimale Primzahl

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In der Unterhaltungsmathematik ist eine minimale Primzahl eine Primzahl p, bei der keine Teilfolge ihrer Ziffern in einer gegebenen Basis eine Primzahl ist, solange man sie nicht miteinander vertauscht.

Beispiele im Dezimalsystem

  • Die Zahl 109 ist keine minimale Primzahl, weil man aus ihren Ziffern die Primzahl 19 machen kann. Die einzelnen Ziffern der Teilfolgen müssen also in der ursprünglichen Zahl nicht zusammenhängend sein.
  • Aus der Zahl 409 kann man folgende Teilfolgen ihrer Ziffern machen: 0,4,9,09,40,49. Keine dieser Zahlen ist eine Primzahl, somit ist 409 eine minimale Primzahl.
  • Die Zahl 991 ist eine minimale Primzahl, weil man aus ihren Ziffern nur die Zahlen 1,9,91 und 99 machen kann und keine dieser Zahlen prim ist. Die einzelnen Ziffern der ursprünglichen Zahl dürfen aber nicht vertauscht werden (sonst wäre in diesem Fall die Teilfolge 19 sehr wohl eine Primzahl).
  • Die einzigen minimalen Primzahlen für die Basis 10 (also im Dezimalsystem) sind die folgenden 26 Primzahlen (Vorlage:OEIS):
2,3,5,7,11,19,41,61,89,409,449,499,881,991,6469,6949,9001,9049,9649,9949,60649,666649,946669,60000049,66000049,66600049

Beispiele mit Basis b

  • Folgende Tabelle zeigt die minimalen Primzahlen in der Basis b (wobei aus Ermangelung an weiteren Ziffern A=10 und B=11 gesetzt wird). Es gibt zur jeweiligen Basis nicht mehr minimale Primzahlen.[1][2]
Basis b minimale Primzahlen zur Basis b, geschrieben zur Basis b
Vorlage:02 10, 11
Vorlage:03 2, 10, 111
Vorlage:04 2, 3, 11
Vorlage:05 2, 3, 10, 111, 401, 414, 14.444, 44.441 (insgesamt 8 minimale Primzahlen)
Vorlage:06 2, 3, 5, 11, 4.401, 4.441, 40.041 (insgesamt 7 minimale Primzahlen)
Vorlage:07 2, 3, 5, 10, 14, 16, 41, 61, 11.111 (insgesamt 9 minimale Primzahlen)
Vorlage:08 2, 3, 5, 7, 111, 141, 161, 401, 661, 4.611, 6.101, 6.441, 60.411, 444.641, 444.444.441 (insgesamt 15 minimale Primzahlen)
Vorlage:09 2, 3, 5, 7, 14, 18, 41, 81, 601, 661, 1.011, 1.101 (insgesamt 12 minimale Primzahlen)
10 2, 3, 5, 7, 11, 19, 41, 61, 89, 409, 449, 499, 881, 991, 6.469, 6.949, 9.001, 9.049, 9.649, 9.949, 60.649, 666.649, 946.669, 60.000.049, 66.000.049, 66.600.049 (insgesamt 26 minimale Primzahlen)
11 2, 3, 5, 7, 10, 16, 18, 49, 61, 81, 89, 94, 98, 9A, 199, 1AA, 414, 919, A1A, AA1, 1.1A9, 6.6A9, A.119, A.911, A.AA9, 11.144, 11.191, 11.41A, 11.4A1, 14.11A, 14.4A4, 14.A11, 1A.114, 1A.411, 40.41A, 40.441, 40.4A1, 41.11A, 41.1A1, 44.401, 44.4A1, 44.A01, 6A.609, 6A.669, 6A.696, 6A.906, 6A.966, 90.901, 99.111, A0.111, A0.669, A0.966, A0.999, A0.A09, A4.401, A6.096, A6.966, A6.999, A9.091, A9.699, A9.969, 401.A11, 404.001, 404.111, 440.A41, 4A0.401, 4A4.041, 60A.069, 6A0.096, 6A0.A96, 6A9.099, 6A9.909, 909.991, 999.901, A00.009, A60.609, A66.069, A66.906, A69.006, A90.099, A90.996, A96.006, A96.666, 1.111.14A, 1.111.A14, 1.111.A41, 1.144.441, 1.4A4.444, 1.A44.444, 4.000.111, 4.011.111, 4.1A1.111, 4.411.111, 4.444.41A, 4.A11.111, 4.A40.001, 6.000.A69, 6.000.A96, 6.A00.069, 9.900.991, 9.990.091, A.000.696, A.000.991, A.006.906, A.040.041, A.141.111, A.600.A69, A.906.606, A.909.009, A.990.009, 40.A00.041, 60.A99.999, 99.000.001, A0.004.041, A9.909.006, A9.990.006, A9.990.606, A9.999.966, 400.00A.401, 44A.444.441, 900.000.091, A00.990.001, A44.444.111, A66.666.669, A90.000.606, A99.999.006, A99.999.099, 6.000.00A.999, A.000.144.444, A.900.000.066, A0.000.000.001, A0.014.444.444, 4.000.000.0A0.041, A.000.000.014.444, A.044.444.444.441, A.144.444.444.411, 40.000.000.000.401, A0.000.044.444.441, A00.000.000.444.441, 11.111.111.111.111.111, 14.444.444.444.441.111, 44.444.444.444.444.111, A1.444.444.444.444.444, A9.999.999.999.999.996, 1.444.444.444.444.444.444, 40.000.000.000.000.00A.041, A.999.999.999.999.999.999.999, A44.444.444.444.444.444.444.444.441, 40.000.000.000.000.000.000.000.000.041, 440.000.000.000.000.000.000.000.000.001, 999.999.999.999.999.999.999.999.999.999.991, 444.444.444.444.444.444.444.444.444.444.444.444.444.444.441 (insgesamt 152 minimale Primzahlen)
12 2, 3, 5, 7, B, 11, 61, 81, 91, 401, A41, 4.441, A.0A1, AA.AA1, 44.AAA1, A.AA0.001, AA.000.001 (insgesamt 17 minimale Primzahlen)
  • Die einzigen minimalen Primzahlen für die Basis 12 (also im Duodezimalsystem) sind die obigen 17 Primzahlen.
Im Dezimalsystem geschrieben lauten sie wie folgt (Vorlage:OEIS):
2,3,5,7,11,13,73,97,109,577,1489,7537,17401,226201,1097113,32555521,388177921
Beispiel:
Die minimale Primzahl A4112 ist im Dezimalsystem die Zahl 10_122+4_121+1_120=1440+48+1=148910. Aus ihr kann man die Nicht-Primzahlen 112=110,412=410,A12=1010,4112=4910,A112=12110 und A412=12410 machen.
  • Die Anzahl der minimalen (zum Teil PRP-) Primzahlen bei gegebener Basis b=2,3, sind die folgenden:[3]
2, 3, 3, 8, 7, 9, 15, 12, 26, 152, 17, 228, 240, 100, 483, 1.279~1.280,[4] 50, 3.462~3.463,[5] 651, 2600~2601,[6] 1.242, 6.021, 306, 17.597~17.609,[7] 5.662~5.664,[8] 17.210~17.215,[9] 5.783~5.784,[10] 57.283~57.297,[11] 220, 79.182~79.206,[12] 45.205~45.283,[13] 57.676~57.709,[14] 56.457~56.490,[15] 182378~182393,[16] 6.296~6.297,[17] …
Beispiel:
An der 14. Stelle obiger Liste steht die Zahl 240. Es gibt also 240 minimale Primzahlen zur Basis b=14.
  • Die Stellenanzahl der größten minimalen (zum Teil PRP-) Primzahlen bei gegebener Basis b=2,3, sind die folgenden:[1][3]
2,3,2,5,5,5,9,4,8,45,8,32021,86,107,3545,111334,33,110986,449,479150,764,800874,100,136967,8773,109006,94538,174240,1024,9896,9750,9961,9377,9599,81995,
Beispiel 1:
An der 13. Stelle obiger Liste steht die Zahl 32021. Die größte minimale (PRP-)Primzahl zur Basis b=13 hat also 32021 Stellen.
Beispiel 2:
An der 26. Stelle obiger Liste steht der Eintrag 8773. Die größte minimale (PRP-)Primzahl zur Basis b=26 hat also 8773 Stellen, es gibt aber noch ungelöste Fälle, die mehr Stellen haben.
  • Die größten minimalen (zum Teil PRP-) Primzahlen bei gegebener Basis b=2,3, sind die folgenden, wenn man sie im Dezimalsystem schreibt:
3,13,5,3121,5209,2801,76695841,811,66600049,29156193474041220857161146715104735751776055777,388177921,13320208+183,105424857819287798806418819113233738918727566030978473259776662287591943095417282958456246916612161,436635814641280043127962407363407208906111673434962498607709751248805460292422544779495998033626489944124062146459306989397233,1635449+145,(17111333739)/16,249069897374447078426903207266791381270529,(191109849041)/3,(20449162809)/19,(21479149511243)/4,2276320+7041,(238008731067)/11,973767003942195520947294504280890002680537875404412883659428819153939518991719953852457999342229586282557076411687300474817686178175693329,(2513696637+63)/4,(26877322+53)/25,2710900510+697,(28945366092143)/9,2917423924+13361,30102312+1,(31989441875)/6,(329749898309)/31,(33996121+7723)/32,3493751048+27,(359597134569)/17,(36819955+821)/7,
Beispiel:
An der 12. Stelle obiger Liste steht die Zahl 388177921. Tatsächlich ist die größte minimale Primzahl zur Basis 12 die Zahl AA00000112=10_127+10_126+1_120=38817792110.

Verallgemeinerungen

  • Es gibt genau 32 zusammengesetzte Zahlen im Dezimalsystem, die aus Ziffern bestehen, deren Teilfolgen keine weiteren zusammengesetzten Zahlen ergeben:
4,6,8,9,10,12,15,20,21,22,25,27,30,32,33,35,50,51,52,55,57,70,72,75,77,111,117,171,371,711,713,731 (Vorlage:OEIS)
Beispiel:
Aus der Zahl 731 kann man die Zahlen 1,3,7,31,71 und 73 machen, die alle nicht zusammengesetzt sind. Diese Zahlen sind somit das genaue Gegenteil der minimalen Primzahlen.
  • Es gibt im Dezimalsystem genau 146 Primzahlen p1(mod4) (also der Form p=4k+1 mit k), die aus Ziffern bestehen, deren Teilfolgen im Dezimalsystem keine weiteren Primzahlen der Form p1(mod4) ergeben:
5,13,17,29,37,41,61,73,89,97,101,109,149,181,233,277,281,349,409,433,449,677,701,709,769,821,877,881,1669,2221,3001,3121,3169,3221,3301,3833,4969,4993,6469,6833,6949,7121,7477,7949,9001,9049,9221,9649,9833,,8888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888833 (Vorlage:OEIS)
Beispiel:
Aus der Primzahl 3169 kann man die Zahlen 1,3,6,9,16,19,31,36,39,69,169,316,319 und 369 machen, die alle keine Primzahlen der Form p1(mod4) sind.
  • Es gibt im Dezimalsystem genau 113 Primzahlen p3(mod4) (also der Form p=4k+3 mit k), die aus Ziffern bestehen, deren Teilfolgen im Dezimalsystem keine weiteren Primzahlen der Form p3(mod4) ergeben (Vorlage:OEIS):
3,7,11,19,59,251,491,499,691,991,2099,2699,2999,4051,4451,4651,5051,5651,5851,6299,6451,6551,6899,8291,8699,8951,8999,9551,9851,22091,22291,66851,80051,80651,84551,85451,86851,88651,92899,98299,98899,,(10191532+691)/9
Beispiel:
Aus der Primzahl 4051 kann man die Zahlen 0,1,4,5,01,05,40,41,45,51,051,401,405 und 451 machen, die allesamt keine Primzahlen der Form p3(mod4) sind.
  • Die Anzahl der minimalen zusammengesetzten Zahlen bei gegebener Basis b=2,3, sind die folgenden:[18]
3,4,9,10,19,18,26,28,32,32,46,43,52,54,60,60,95,77,87,90,94,97,137,117,111,115,131,123,207,147,160,163,201,169,216,
  • Die Stellenanzahl der größten minimalen zusammengesetzten Zahlen bei gegebener Basis b=2,3, sind die folgenden:[18]
4,3,3,3,4,3,3,2,3,3,4,3,3,2,3,3,4,3,3,2,3,3,4,2,3,2,3,3,4,3,3,2,3,2,4,
  • Die größten minimalen zusammengesetzten Zahlen bei gegebener Basis sind die folgenden, wenn man sie im Dezimalsystem schreibt:[18]
15,9,21,27,475,49,477,70,731,123,8797,169,1529,208,2899,291,99491,361,5423,418,9275,529,30995,598,15645,644,18511,843,795037,961,23779,1054,34311,1116,56129,

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 Curtis Bright: Minimale Primzahlen und ungelöste Fälle („Familien“) mit Basen von 2 bis 30. In: Github.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  2. Curtis Bright, Jeffrey Shallit, Raymond Devillers: Minimal Elements for the Prime Numbers. (PDF; 0,3 MB). In: cs.uwaterloo.ca. University of Waterloo, Université libre de Bruxelles, 7. Dezember 2016, abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  3. 3,0 3,1 Vorlage:Internetquelle
  4. Curtis Bright: Für die Basis b=17 gibt es 1.279 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und einen ungelösten Fall: F1{9}. In: Github.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  5. Curtis Bright: Für die Basis b=19 gibt es 3.462 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und einen ungelösten Fall: EE1{6}. In: Github.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  6. Curtis Bright: Für die Basis b=21 gibt es 2.600 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und einen ungelösten Fall: G{0}FK. In: Github.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  7. Curtis Bright: Für die Basis b=25 gibt es 17.597 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und 12 ungelöste Fälle. In: Github.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  8. Curtis Bright: Für die Basis b=26 gibt es 5.662 bekannte minimale Primzahlen und zwei ungelöste Fälle: {A}6F und {I}GL. In: Github.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  9. Curtis Bright: Für die Basis b=27 gibt es 17.210 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und 5 ungelöste Fälle. In: Github.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  10. Curtis Bright: Für die Basis b=28 gibt es 5.783 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und einen ungelösten Fall: O{A}F. In: Github.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  11. Curtis Bright: Für die Basis b=29 gibt es 57.283 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und 14 ungelöste Fälle. In: raw.githubusercontent.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  12. RaymondDevillers: Für die Basis b=31 gibt es 79.182 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und 24 ungelöste Fälle. In: raw.githubusercontent.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  13. RaymondDevillers: Für die Basis b=32 gibt es 45.205 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und 78 ungelöste Fälle. In: raw.githubusercontent.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  14. RaymondDevillers: Für die Basis b=33 gibt es 57.676 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und 33 ungelöste Fälle. In: raw.githubusercontent.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  15. RaymondDevillers: Für die Basis b=34 gibt es 56.457 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und 33 ungelöste Fälle. In: raw.githubusercontent.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  16. RaymondDevillers: Für die Basis b=35 gibt es 182.378 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und 15 ungelöste Fälle. In: raw.githubusercontent.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  17. RaymondDevillers: Für die Basis b=36 gibt es 6.296 bekannte minimale (PRP-)Primzahlen und einen ungelösten Fall: O{L}Z. In: Github.com. Abgerufen am 9. Juni 2024 (englisch).
  18. 18,0 18,1 18,2 Vorlage:Internetquelle

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