Carmichael-Zahlen
Die
Carmichael-Zahl, benannt nach dem Mathematiker Robert Daniel Carmichael, ist eine spezielle Form der
eulerschen Pseudoprimzahl, für die gilt: Eine
Carmichael-Zahl n ist pseudoprim zu allen
Basen, die keine gemeinsamen
Primfaktoren mit
n haben. Jede
Carmichael-Zahl ist das Produkt aus mindestens 3
Primzahlen.
Einleitung
Es ist einfach, eine
Carmichael-Zahl als solche zu erkennen, wenn man ihre sämtlichen
Teiler kennt. Dies ist dem Theorem von Alwin Korselt zu verdanken. So ist es auch einfach, eine
Carmichael-Zahl zu erzeugen, zumal
Algorithmen wie der nach J. Chernick existieren. Problematisch ist es aber, gerade bei großen Zahlen, zu erkennen, ob es sich bei einer Zahl um eine
Carmichael-Zahl handelt. Diese Schwierigkeit haben die
Carmichael-Zahlen mit den
Primzahlen gemeinsam, denn entweder man führt eine Faktorisierung durch, oder man wendet den
kleinen fermatschen Satz auf die Zahl an, wobei man für die
Basen, die nicht auf eine
Primalität weisen und die bei
Primzahlen nicht vorkommen, auf
Teilbarkeit testen muss.
Definition
aq−1≡1(modq)
Beispiel
561 = 3*11*17 ist die kleinste Carmichael-Zahl.
a560≡1(mod561)
561 ist durch 3, 11, 17, 33, 51 und 187
teilbar. Für diese
Teiler gilt
aq−1≡1(mod q) nicht!
3560≡375(mod561)
11560≡154(mod561)
17560≡460(mod561)
Das Theorem von Alwin Korselt
Bereits 1899 hat Alwin Korselt folgendes Theorem aufgestellt:
- Es existieren ungerade, quadratfreie natürliche Zahlen n, so dass an−a für alle natürlichen Zahlen a ein Vielfaches von n ist
- Für alle Primteiler p von n gilt, dass p−1 die Zahl n−1 teilt.
Korselt selbst hat solche Zahlen jedoch nie gefunden.
Speziell der zweite Teil des Theorems liefert eine Eigenschaft auf die
Teilbarkeit der
Carmichael-Zahlen:
Für eine
Carmichael-Zahl c=p1∗p2∗p3∗∗pn gilt, dass alle
pi−1 die die Zahl
c−1 teilen.
Folgerung
Aus der Tatsache, dass
pi−1∣c−1 kann man für alle
a folgern, dass
ac≡amodc
Beweis
oBdA:
p1…pi∣a
ac≡0≡amodp1
ac≡0≡amodpi
ac≡ac−1⋅a≡a(pi+1−1)⋅bi+1⋅a≡amodpi+1
ac≡ac−1⋅c≡a(pn−1)⋅bn⋅a≡amodpn
Beispiel
Die
Carmichael-Zahl 172081 ist das Produkt der
Primzahlen 7, 13, 31 und 61. Es gilt:
172081−1=(7−1)∗28680
172081−1=(13−1)∗14340
172081−1=(31−1)∗5736
172081−1=(61−1)∗2868
Verschärfung
Aufgrund der Identität
n−1=pn−1+(p−1)pn gilt für jeden Primteiler
p einer
natürlichen Zahl n:
n−1≡pn−1(modp−1).
Somit lässt sich der zweite Teil von Korselts Satz auch formulieren als:
Eine Zahl
n mit der
Menge der Primteiler
P ist genau dann eine
Carmichael-Zahl, wenn für jedes
p∈P gilt:
p−1 teilt
pn−1
Beispiel
Für die Carmichael-Zahl 172081 = 7 * 13 * 31 * 61 gilt:
7172081−1=24583−1=(7−1)∗4097
13172081−1=13237−1=(13−1)∗1103
31172081−1=5551−1=(31−1)∗185
61172081−1=2821−1=(61−1)∗47
Robert Daniel Carmichael
Robert Daniel Carmichael hat dann 1910 mit 561 die erste Zahl gefunden, die den Eigenschaften des Theorems von Korselt entspricht. Nach Carmichael wurden dann auch später diese Zahlen benannt.
Carmichael-Zahlen allgemein
Neben den oben aufgeführten Bedingungen für
Carmichael-Zahlen von Korselt gilt für alle
Carmichael-Zahlen, dass sie aus mindestens drei teilerfremden, ungeraden
Primfaktoren zusammengesetzt sein müssen.
Seit 1992 weiß man, dass
unendlich viele
Carmichael-Zahlen existieren.
Die ersten 36 Carmichael-Zahlen
561 = 3 * 11 * 17 52633 = 7 * 73 * 103 294409 = 37 * 73 * 109
1105 = 5 * 13 * 17 62745 = 3 * 5 * 47 * 89 314821 = 13 * 61 * 397
1729 = 7 * 13 * 19 63973 = 7 * 13 * 19 * 37 334153 = 19 * 43 * 409
2465 = 5 * 17 * 29 75361 = 11 * 17 * 31 340561 = 13 * 17 * 23 * 67
2821 = 7 * 13 * 31 101101 = 7 * 11 * 13 * 101 399001 = 31 * 61 * 211
6601 = 7 * 23 * 41 115921 = 13 * 37 * 241 410041 = 41 * 73 * 137
8911 = 7 * 19 * 67 126217 = 7 * 13 * 19 * 73 449065 = 5 * 19 * 29 * 163
10585 = 5 * 29 * 73 162401 = 17 * 41 * 233 488881 = 37 * 73 * 181
15841 = 7 * 31 * 73 172081 = 7 * 13 * 31 * 61 512461 = 31 * 61 * 271
29341 = 13 * 37 * 61 188461 = 7 * 13 * 19 * 109 530881 = 13 * 97 * 421
41041 = 7 * 11 * 13 * 41 252601 = 41 * 61 * 101 552721 = 13 * 17 * 41 * 61
46657 = 13 * 37 * 97 278545 = 5 * 17 * 29 * 113 656601 = 3 * 11 * 101 * 197
Alle Pädagogen sind sich darin einig: man muß vor allem tüchtig Mathematik treiben, weil ihre Kenntnis fürs Leben größten direkten Nutzen gewährt.
Felix Klein
Anbieterkеnnzeichnung: Mathеpеdιa von Тhοmas Stеιnfеld
• Dοrfplatz 25 • 17237 Blankеnsее
• Tel.: 01734332309 (Vodafone/D2) •
Email: cο@maτhepedιa.dе