Thabit-Zahl

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In der Zahlentheorie ist eine Thabit-Zahl (oder auch 321-Zahl) eine natürliche Zahl n der Form 32n1. Die Zahlen wurden nach dem im 9. Jahrhundert lebenden sabischen Mathematiker Thabit ibn Qurra benannt, der der erste war, der diese Zahlen untersucht und ihre Beziehung zu befreundeten Zahlen entdeckt hat.

Beispiele

Die ersten Thabit-Zahlen sind die folgenden:

2, 5, 11, 23, 47, 95, 191, 383, 767, 1535, 3071, 6143, 12287, 24575, 49151, 98303, 196607, 393215, 786431, 1572863, 3145727, 6291455, 12582911, 25165823, 50331647, 100663295, 201326591, 402653183, 805306367, 1610612735, … (Vorlage:OEIS)

Die ersten primen Thabit-Zahlen nennt man Thabit-Primzahlen (oder auch 321-Primzahlen) und lauten:

2, 5, 11, 23, 47, 191, 383, 6143, 786431, 51539607551, 824633720831, 26388279066623, 108086391056891903, 55340232221128654847, 226673591177742970257407, 59421121885698253195157962751, 30423614405477505635920876929023, … (Vorlage:OEIS)

Es sind momentan (Stand: 4. Juni 2018) genau 62 Thabit-Primzahlen der Form 32n1 bekannt. Folgende n führen auf diese Primzahlen:

0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 11, 18, 34, 38, 43, 55, 64, 76, 94, 103, 143, 206, 216, 306, 324, 391, 458, 470, 827, 1274, 3276, 4204, 5134, 7559, 12676, 14898, 18123, 18819, 25690, 26459, 41628, 51387, 71783, 80330, 85687, 88171, 97063, 123630, 155930, 164987, 234760, 414840, 584995, 702038, 727699, 992700, 1201046, 1232255, 2312734, 3136255, 4235414, 6090515, 11484018, 11731850, 11895718, …(Vorlage:OEIS)

Es wurde bisher nach Thabit-Primzahlen bis zu n=12078521 untersucht (Stand: November 2015).[1]

Die momentan größte Thabit-Primzahl 32118957181 hat 3580969 Stellen und wurde am 6. Juni 2015 im Zuge des Internet-Projekts PrimeGrid (Unterprojekt 321 search[2]) entdeckt.[1][3]

Eigenschaften

  • Jede Thabit-Zahl der Form 32n1 hat eine binäre Darstellung, welche n+2 Stellen lang ist, mit 10 beginnt und mit lauter 1ern endet.
Beispiel:
383=3271=1_28+0_27+1_26+1_25+1_24+1_23+1_22+1_21+1_20=1011111112

Thabit-Zahlen der 2. Art

In der Zahlentheorie ist eine Thabit-Zahl der 2. Art (oder auch 321-Zahl der 2. Art) eine natürliche Zahl n der Form 32n+1. Auch diese Zahlen werden im Zuge des Internet-Projekts PrimeGrid (Unterprojekt 321 search) gesucht.

Beispiele

Die ersten Thabit-Zahlen der 2. Art sind die folgenden:

4, 7, 13, 25, 49, 97, 193, 385, 769, 1537, 3073, 6145, 12289, 24577, 49153, 98305, 196609, 393217, 786433, 1572865, 3145729, 6291457, 12582913, 25165825, 50331649, 100663297, 201326593, 402653185, 805306369, 1610612737, 3221225473, … (Vorlage:OEIS)

Die ersten primen Thabit-Zahlen der 2. Art nennt man Thabit-Primzahlen der 2. Art (oder auch 321-Primzahlen der 2. Art) und lauten:

7, 13, 97, 193, 769, 12289, 786433, 3221225473, 206158430209, 6597069766657, 221360928884514619393, 2353913150770005286438421033702874906038383291674012942337, … (Vorlage:OEIS)

Es sind momentan (Stand: 4. Juni 2018) genau 49 Thabit-Primzahlen der Form 32n+1 bekannt. Folgende n führen auf diese Primzahlen:

1, 2, 5, 6, 8, 12, 18, 30, 36, 41, 66, 189, 201, 209, 276, 353, 408, 438, 534, 2208, 2816, 3168, 3189, 3912, 20909, 34350, 42294, 42665, 44685, 48150, 54792, 55182, 59973, 80190, 157169, 213321, 303093, 362765, 382449, 709968, 801978, 916773, 1832496, 2145353, 2291610, 2478785, 5082306, 7033641, 10829346, … (Vorlage:OEIS)

Die momentan größte Thabit-Primzahl der 2. Art ist 3210829346+1 und hat 3259959 Stellen.[3]

Anwendung zur Berechnung von befreundeten Zahlen

Satz von Thabit Ibn Qurra:

Seien 32n1 und 32n11 zwei Thabit-Primzahlen und 922n11 eine weitere Primzahl. Dann kann man ein Paar befreundeter Zahlen wie folgt bestimmen:
A=2n(32n1)(32n11) und B=2n(922n11) sind befreundet.

Den Beweis dieses Satzes findet man im Artikel über Teilersummen.

Beispiele:

  • Für n=2 sind 3221=11,3211=5 und 9231=71 alles Primzahlen. Damit ergibt sich
A=22(3221)(3211)=4115=220
B=22(9231)=471=284
Es ist also das Zahlenpaar (220,284) ein befreundetes Zahlenpaar.
  • Dieses Verfahren führt leider nur noch für n=4 und n=7 auf befreundete Zahlenpaare, im Speziellen auf die beiden Paare (17296,18416) und (9363584,9437056).

Verallgemeinerungen

Eine Thabit-Zahl mit Basis b ist eine Zahl der Form (b+1)bn1 mit einer Basis b2 und einer natürlichen Zahl n. Man nennt sie auch Williams-Zahl der 3. Art zur Basis b.

Eine Thabit-Zahl der 2. Art mit Basis b ist eine Zahl der Form (b+1)bn+1 mit einer Basis b2 und einer natürlichen Zahl n. Man nennt sie auch Williams-Zahl der 4. Art zur Basis b.

Eine Williams-Zahl mit Basis b ist eine Zahl der Form (b1)bn1 mit einer Basis b2 und einer natürlichen Zahl n.

Eine Williams-Zahl der 2. Art mit Basis b ist eine Zahl der Form (b1)bn+1 mit einer Basis b2 und einer natürlichen Zahl n.

Eine prime Thabit-Zahl mit Basis b nennt man Thabit-Primzahl mit Basis b mit einer Basis b2.

Eine prime Thabit-Zahl der 2. Art mit Basis b nennt man Thabit-Primzahl der 2. Art mit Basis b mit einer Basis b2.

Eine prime Williams-Zahl mit Basis b nennt man Williams-Primzahl mit Basis b mit einer Basis b2.

Eine prime Williams-Zahl der 2. Art mit Basis b nennt man Williams-Primzahl der 2. Art mit Basis b mit einer Basis b2.

Eigenschaften

  • Jede Primzahl p ist eine Thabit-Primzahl mit Basis p.
(weil man sie in der Form (p+1)p01 schreiben kann)
  • Jede Primzahl p mit p5 ist eine Thabit-Primzahl der 2. Art mit Basis p2.
(weil man sie in der Form (p2+1)(p2)0+1 schreiben kann)
  • Jede Primzahl p ist eine Williams-Primzahl mit Basis p+2.
(weil man sie in der Form (p+21)(p+2)01 schreiben kann)
  • Jede Primzahl p ist eine Williams-Primzahl der 2. Art mit Basis p.
(weil man sie in der Form (p1)p0+1 schreiben kann)
  • Für jede Thabit-Primzahl der 2. Art mit Basis b mit b2 gilt: b≢1(mod3).
(Für b1(mod3) wäre (b+1)bn+1 immer durch 3 teilbar)
  • Für jede Thabit-Primzahl der 2. Art mit Basis b mit n2 gilt: n≢1(mod3).
(Für n1(mod3) wäre (b+1)bn+1 immer durch b2+b+1 teilbar)
  • Für jede Williams-Primzahl mit Basis b mit n2 gilt: n≢4(mod6).
(Für n4(mod6) wäre (b1)bn1 immer durch b2b+1 teilbar)
  • Für jede Williams-Primzahl der 2. Art mit Basis b mit n2 gilt: n≢1(mod6).
(Für n1(mod6) wäre (b1)bn+1 immer durch b2b+1 teilbar)

Ungelöste Probleme

  • Gibt es für jede Basis b2 unendlich viele Thabit-Primzahlen mit Basis b? Es wird vermutet, dass es unendlich viele gibt.
  • Gibt es für jede Basis b2 mit b≢1(mod3) unendlich viele Thabit-Primzahlen der 2. Art mit Basis b? Es wird vermutet, dass es unendlich viele gibt.
  • Gibt es für jede Basis b2 unendlich viele Williams-Primzahlen mit Basis b? Es wird vermutet, dass es unendlich viele gibt.
  • Gibt es für jede Basis b2 unendlich viele Williams-Primzahlen der 2. Art mit Basis b? Es wird vermutet, dass es unendlich viele gibt.

Tabellen

Es folgt eine Auflistung von Thabit-Primzahlen, Thabit-Primzahlen der 2. Art, Williams-Primzahlen und Williams-Primzahlen der 2. Art.

Zuerst wird eine Liste der Thabit-Primzahlen mit Basis b angeführt (mit Potenzen bis mindestens n=10000):

b Form Potenzen n, sodass Thabit-Primzahlen mit Basis b, also der Form (b+1)bn1, prim sind OEIS-Folge
2 32n1 0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 11, 18, 34, 38, 43, 55, 64, 76, 94, 103, 143, 206, 216, 306, 324, 391, 458, 470, 827, 1274, 3276, 4204, 5134, 7559, 12676, 14898, 18123, 18819, 25690, 26459, 41628, 51387, 71783, 80330, 85687, 88171, 97063, 123630, 155930, 164987, 234760, 414840, 584995, 702038, 727699, 992700, 1201046, 1232255, 2312734, 3136255, 4235414, 6090515, 11484018, 11731850, 11895718, … (Vorlage:OEIS)
3 43n1 0, 1, 3, 5, 7, 15, 45, 95, 235, 463, 733, 1437, 1583, 1677, 1803, 4163, 4765, 9219, 9959, 25477, 26059, 41539, 54195, 65057, 74977, 116589, 192289, 311835, 350767, 353635, 416337, 423253, … (Vorlage:OEIS)
4 54n1 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 16, 24, 27, 36, 74, 92, 124, 135, 137, 210, 670, 719, 761, 819, 877, 942, 1007, 1085, 1274, 1311, 1326, 1352, 6755, …
5 65n1 0, 1, 2, 5, 11, 28, 65, 72, 361, 479, 494, 599, 1062, 1094, 1193, 2827, 3271, 3388, 3990, 4418, 11178, 16294, 25176, 42500, 68320, 85698, 145259, 159119, 169771, … (Vorlage:OEIS)
6 76n1 1, 2, 3, 13, 21, 28, 30, 32, 36, 48, 52, 76, 734, 2236, 2272, 3135, 3968, 6654, 7059, …
7 87n1 0, 4, 7, 10, 14, 23, 59, 1550, 1835, 2515, 3532, 3818, 8260, …
8 98n1 1, 5, 7, 21, 33, 53, 103, 313, 517, 1863, 2669, 3849, 4165, …
9 109n1 1, 2, 4, 5, 7, 10, 11, 13, 15, 19, 27, 29, 35, 42, 51, 70, 112, 164, 179, 180, 242, 454, 621, 2312, 3553, 6565, …
10 1110n1 1, 9, 11, 17, 22, 29, 36, 37, 52, 166, 448, 2011, 3489, 4871, 6982, 10024, 16974, 33287, 47364, 58873, 126160, … (Vorlage:OEIS)
11 1211n1 0, 1, 2, 3, 4, 11, 13, 22, 27, 48, 51, 103, 147, 280, 908, 1346, 1524, 1776, 2173, 2788, 6146, …
12 1312n1 2, 6, 11, 66, 196, 478, 2968, 3568, 5411, 7790, …

Es folgt eine Liste der Thabit-Primzahlen der 2. Art mit Basis b (mit Potenzen bis mindestens n=10000):

b Form Potenzen n, sodass Thabit-Primzahlen der 2. Art mit Basis b, also der Form (b+1)bn+1, prim sind OEIS-Folge
2 32n+1 1, 2, 5, 6, 8, 12, 18, 30, 36, 41, 66, 189, 201, 209, 276, 353, 408, 438, 534, 2208, 2816, 3168, 3189, 3912, 20909, 34350, 42294, 42665, 44685, 48150, 54792, 55182, 59973, 80190, 157169, 213321, 303093, 362765, 382449, 709968, 801978, 916773, 1832496, 2145353, 2291610, 2478785, 5082306, 7033641, 10829346, … (Vorlage:OEIS)
3 43n+1 0, 1, 2, 3, 6, 14, 15, 39, 201, 249, 885, 1005, 1254, 1635, 3306, 3522, 9602, 19785, 72698, … (Vorlage:OEIS)
4 54n+1 es gibt keine Primzahlen dieser Form
5 65n+1 0, 1, 2, 3, 23, 27, 33, 63, 158, 278, 290, 351, 471, 797, 8462, 28793, 266030, … (Vorlage:OEIS)
6 76n+1 1, 6, 17, 38, 50, 80, 207, 236, 264, 309, 555, 1128, 1479, 1574, 2808, 3525, 5334, 9980, …
7 87n+1 es gibt keine Primzahlen dieser Form
8 98n+1 1, 2, 11, 14, 21, 27, 54, 122, 221, 435, 498, 942, 1118, 1139, 1230, 1614, 1934, …
9 109n+1 0, 2, 6, 9, 11, 51, 56, 81, 941, 1647, 7466, 9477, 9806, …
10 1110n+1 es gibt keine Primzahlen dieser Form
11 1211n+1 0, 2, 3, 6, 8, 138, 149, 222, 363, 995, 1218, 2072, 2559, …
12 1312n+1 1, 2, 8, 9, 17, 26, 62, 86, 152, 365, 2540, …

Es folgt eine Liste der Williams-Primzahlen mit Basis b (mit Potenzen bis mindestens n=10000):

b Form Potenzen n, sodass Williams-Primzahlen mit Basis b, also der Form (b1)bn1, prim sind OEIS-Folge
2 12n1 2, 3, 5, 7, 13, 17, 19, 31, 61, 89, 107, 127, 521, 607, 1279, 2203, 2281, 3217, 4253, 4423, 9689, 9941, 11213, 19937, 21701, 23209, 44497, 86243, 110503, 132049, 216091, 756839, 859433, 1257787, 1398269, 2976221, 3021377, 6972593, 13466917, 20996011, 24036583, 25964951, 30402457, 32582657, 37156667, 42643801, 43112609, … (Mersenne-Primzahl-Exponenten) (Vorlage:OEIS)
3 23n1 1, 2, 3, 7, 8, 12, 20, 23, 27, 35, 56, 62, 68, 131, 222, 384, 387, 579, 644, 1772, 3751, 5270, 6335, 8544, 9204, 12312, 18806, 21114, 49340, 75551, 90012, 128295, 143552, 147488, 1010743, 1063844, … (Vorlage:OEIS)
4 34n1 0, 1, 2, 3, 9, 17, 19, 32, 38, 47, 103, 108, 153, 162, 229, 235, 637, 1638, 2102, 2567, 6338, 7449, 12845, 20814, 40165, 61815, 77965, 117380, 207420, 351019, 496350, 600523, 1156367, 2117707, 5742009, 5865925, 5947859, … (Vorlage:OEIS)
5 45n1 0, 1, 3, 9, 13, 15, 25, 39, 69, 165, 171, 209, 339, 2033, 6583, 15393, … (Vorlage:OEIS)
6 56n1 1, 2, 6, 7, 11, 23, 33, 48, 68, 79, 116, 151, 205, 1016, 1332, 1448, 3481, 3566, 3665, 11233, 13363, 29166, 44358, 58530, 191706, … (Vorlage:OEIS)
7 67n1 0, 1, 2, 7, 18, 55, 69, 87, 119, 141, 189, 249, 354, 1586, 2135, 2865, 2930, 4214, 7167, 67485, 74402, 79326, … (Vorlage:OEIS)
8 78n1 3, 7, 15, 59, 6127, 8703, 11619, 23403, 124299, … (Vorlage:OEIS)
9 89n1 0, 1, 2, 5, 25, 85, 92, 97, 649, 2017, 2978, 3577, 4985, 17978, 21365, 66002, 95305, 142199, … (Vorlage:OEIS)
10 910n1 1, 3, 7, 19, 29, 37, 93, 935, 8415, 9631, 11143, 41475, 41917, 48051, 107663, 212903, 223871, 260253, 364521, 383643, … (Vorlage:OEIS)
11 1011n1 1, 3, 37, 119, 255, 355, 371, 497, 1759, 34863, 50719, 147709, … (Vorlage:OEIS)
12 1112n1 1, 2, 21, 25, 33, 54, 78, 235, 1566, 2273, 2310, 4121, 7775, 42249, 105974, 138961, … (Vorlage:OEIS)

Es folgt eine Liste der Williams-Primzahlen der 2. Art mit Basis b (mit Potenzen bis mindestens n=10000):

b Form Potenzen n, sodass Williams-Primzahlen der 2. Art mit Basis b, also der Form (b1)bn+1, prim sind OEIS-Folge
2 12n+1 0, 1, 2, 4, 8, 16, … (Fermat-Primzahl-Exponenten)
3 23n+1 0, 1, 2, 4, 5, 6, 9, 16, 17, 30, 54, 57, 60, 65, 132, 180, 320, 696, 782, 822, 897, 1252, 1454, 4217, 5480, 6225, 7842, 12096, 13782, 17720, 43956, 64822, 82780, 105106, 152529, 165896, 191814, 529680, 1074726, 1086112, 1175232, … (Vorlage:OEIS)
4 34n+1 1, 3, 4, 6, 9, 15, 18, 33, 138, 204, 219, 267, 1104, 1408, 1584, 1956, … (Vorlage:OEIS)
5 45n+1 0, 2, 6, 18, 50, 290, 2582, 20462, 23870, 26342, 31938, 38122, 65034, 70130, 245538, … (Vorlage:OEIS)
6 56n+1 1, 2, 4, 17, 136, 147, 203, 590, 754, 964, 970, 1847, 2031, 2727, 2871, 5442, 7035, 7266, 11230, 23307, 27795, 34152, 42614, 127206, 133086, … (Vorlage:OEIS)
7 67n+1 0, 1, 4, 9, 99, 412, 2633, 5093, 5632, 28233, 36780, 47084, 53572, … (Vorlage:OEIS)
8 78n+1 2, 40, 58, 60, 130, 144, 752, 7462, 18162, 69028, 187272, 268178, 270410, 497284, 713304, 722600, 1005254, … (Vorlage:OEIS)
9 89n+1 1, 4, 5, 11, 26, 29, 38, 65, 166, 490, 641, 2300, 9440, 44741, 65296, 161930, … (Vorlage:OEIS)
10 910n+1 3, 4, 5, 9, 22, 27, 36, 57, 62, 78, 201, 537, 696, 790, 905, 1038, 66886, 70500, 91836, 100613, 127240, … (Vorlage:OEIS)
11 1011n+1 0, 10, 24, 864, 2440, 9438, 68272, 148602, … (Vorlage:OEIS)
12 1112n+1 3, 4, 35, 119, 476, 507, 6471, 13319, 31799, … (Vorlage:OEIS)

Die kleinsten n1, für welche die Thabit-Zahl (b+1)bn1 prim ist, sind die folgenden (dabei ist aufsteigend b=2,3,):

1, 1, 1, 1, 1, 4, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 2, 1, 1, 4, 3, 1, 1, 1, 2, 7, 1, 2, 1, 2, 1, 2, 1, 1, 2, 4, 2, 1, 2, 2, 1, 1, 2, 1, 8, 3, 1, 1, 1, 2, 1, 2, 1, 5, 3, 1, 1, 1, 1, 3, 3, 1, 1, 5, 2, 1483, 1, 1, 1, 24, 1, 2, 1, 2, 6, 3, 3, 36, 1, 10, 8, 3, 7, 2, 2, 1, 2, 1, 1, 7, 1704, 1, 3, 9, 4, 1, 1, 2, 1, 2, 24, 25, 1, …
Beispiel:
Für b=23, also an der 22. Stelle, steht die Zahl n=7.
Das heißt, dass (23+1)2371=242371 eine Thabit-Primzahl mit kleinstmöglicher Potenz (also in dem Fall 7) ist.

Die kleinsten n1, für welche die Thabit-Zahl der 2. Art (b+1)bn1 prim ist, sind die folgenden (dabei ist aufsteigend b=2,3,):

1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 2, 0, 2, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 9, 0, 1, 1, 0, 2, 1, 0, 2, 1, 0, 5, 2, 0, 5, 1, 0, 2, 3, 0, 1, 3, 0, 1, 2, 0, 2, 2, 0, 2, 6, 0, 1, 183, 0, 2, 1, 0, 2, 1, 0, 1, 21, 0, 1, 185, 0, 3, 1, 0, 2, 1, 0, 1, 120, 0, 2, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 8, 0, 5, 9, 0, 2, 2, 0, 1, 1, 0, 2, 3, 0, 9, 14, 0, 3, 1, 0, …

Die kleinsten n1, für welche die Williams-Zahl (b1)bn1 prim ist, sind die folgenden (dabei ist aufsteigend b=2,3,):

2, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 14, 1, 1, 2, 6, 1, 1, 1, 55, 12, 1, 133, 1, 20, 1, 2, 1, 1, 2, 15, 3, 1, 7, 136211, 1, 1, 7, 1, 7, 7, 1, 1, 1, 2, 1, 25, 1, 5, 3, 1, 1, 1, 1, 2, 3, 1, 1, 899, 3, 11, 1, 1, 1, 63, 1, 13, 1, 25, 8, 3, 2, 7, 1, 44, 2, 11, 3, 81, 21495, 1, 2, 1, 1, 3, 25, 1, 519, 77, 476, 1, 1, 2, 1, 4983, 2, 2, …

Die kleinsten n1, für welche die Williams-Zahl der 2. Art (b1)bn1 prim ist, sind die folgenden (dabei ist aufsteigend b=2,3,):

1, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 3, 10, 3, 1, 2, 1, 1, 4, 1, 29, 14, 1, 1, 14, 2, 1, 2, 4, 1, 2, 4, 5, 12, 2, 1, 2, 2, 9, 16, 1, 2, 80, 1, 2, 4, 2, 3, 16, 2, 2, 2, 1, 15, 960, 15, 1, 4, 3, 1, 14, 1, 6, 20, 1, 3, 946, 6, 1, 18, 10, 1, 4, 1, 5, 42, 4, 1, 828, 1, 1, 2, 1, 12, 2, 6, 4, 30, 3, 3022, 2, 1, 1, 8, 2, 4, 4, 2, 11, 8, 2, 1, …

Siehe auch

Literatur

Einzelnachweise