Jump to content

Лукас псевдопростой

Псевдопростые числа Люка и псевдопростые числа Фибоначчи — это составные целые числа, которые проходят определенные тесты, которые проходят все простые числа и очень немногие составные числа: в данном случае критерии, относящиеся к некоторой последовательности Люка .

Псевдопростые числа Бэйли-Вагстаффа-Лукаса

[ редактировать ]

Бэйли и Вагстафф определяют псевдопростые числа Люка следующим образом: [1] Даны целые числа P и Q , где P > 0 и ,пусть Uk P ( P , Q и Vk ) — ( ) , Q соответствующие последовательности Люка .

Пусть n — целое положительное число и пусть быть символом Якоби . Мы определяем

Если n простое число , не делящее Q , то выполняется следующее условие сравнения:

( 1 )

Если это сравнение не выполнено, то n является не простым.Если n составное , то это сравнение обычно не выполняется. [1] Это ключевые факты, которые делают последовательности Люка полезными при тестировании на простоту .

Сравнение ( 1 ) представляет собой одно из двух сравнений, определяющих псевдопростое число Фробениуса . Следовательно, каждое псевдопростое число Фробениуса также является псевдопростым числом Бэйли-Вагстаффа-Люкаса, но обратное не всегда верно.

Хорошими ссылками являются глава 8 книги Брессуда и Вагона (с кодом Mathematica ), [2] страницы 142–152 книги Крэндалла и Померанса, [3] и страницы 53–74 книги Рибенбойма. [4]

Вероятные простые и псевдопростые числа по Лукасу

[ редактировать ]

для Вероятное простое число Люка данной пары ( P, Q ) — это любое положительное целое число n, для которого уравнение ( 1 ) выше верно (см. [1] стр. 1398).

Псевдопростое число Люка для данной пары ( P, Q ) — это положительное составное целое число n, для которого уравнение ( 1 ) истинно (см. [1] стр. 1391).

Критерий вероятного простого числа Люка наиболее полезен, если D выбран так, что символ Якоби равен −1(см. стр. 1401–1409, [1] страница 1024, [5] или страницы 266–269 [2] ). Это особенно важно при сочетании критерия Люкаса с сильным критерием псевдопростых чисел, таким как критерий простоты Бэйли-ПСВ . Обычно при реализации используется метод выбора параметров, обеспечивающий это условие (например, метод Селфриджа, рекомендованный в разделе [1] и описано ниже).

Если тогда уравнение ( 1 ) принимает вид

( 2 )

Если сравнение ( 2 ) неверно, это является доказательством того, что n составное.

Если сравнение ( 2 ) истинно, то n — вероятное простое число Люка.В этом случае либо n простое, либо псевдопростое по Люка.Если сравнение ( 2 ) истинно, то n , скорее всего, будет простым (это оправдывает термин «вероятное простое число»), но это не доказывает , что n является простым.Как и в случае с любым другим вероятностным тестом на простоту, если мы выполним дополнительные тесты Люка с разными D , P и Q , то, если один из тестов не докажет, что n является составным, мы получим больше уверенности в том, что n является простым.

Примеры: Если P = 3, Q = −1 и D = 13, последовательность U 's равна OEIS : A006190 : U 0 = 0, U 1 = 1, U 2 = 3, U 3 = 10 и т. д.

Пусть сначала n = 19. Символ Якоби равно −1, поэтому δ( n ) = 20, U 20 = 6616217487 = 19·348221973, и мы имеем

Следовательно, 19 — вероятное простое число Люка для этой пары ( P, Q ). В данном случае 19 — простое число, поэтому оно не является псевдопростым числом Люка.

В следующем примере пусть n = 119. Имеем = −1, и мы можем вычислить

Однако 119 = 7·17 не является простым числом, поэтому 119 является псевдопростым числом Люка для этой пары ( P, Q ).Фактически, 119 — это наименьшее псевдопростое число для P = 3, Q = −1.

мы увидим Ниже , что для проверки уравнения ( 2 ) для заданного n нам не нужно вычислять все первые n + 1 член U. последовательности

Пусть Q = −1, наименьшее псевдопростое число Люка для P = 1, 2, 3,...

323, 35, 119, 9, 9, 143, 25, 33, 9, 15, 123, 35, 9, 9, 15, 129, 51, 9, 33, 15, 21, 9, 9, 49, 15, 39, 9, 35, 49, 15, 9, 9, 33, 51, 15, 9, 35, 85, 39, 9, 9, 21, 25, 51, 9, 143, 33, 119, 9, 9, 51, 33, 95, 9, 15, 301, 25, 9, 9, 15, 49, 155, 9, 399, 15, 33, 9, 9, 49, 15, 119, 9, ...

Сильные псевдопростые числа Люкаса

[ редактировать ]

Теперь фактор в форму где странно.

Сильное псевдопростое число Люка для данной пары ( P, Q ) — это нечетное составное число n с НОД( n, D ) = 1, удовлетворяющее одному из условий

или

для некоторого 0 ≤ r < s ; см. стр. 1396 оф. [1] Сильное псевдопростое число Люка также является псевдопростым числом Люка (для той же пары ( P, Q )), но обратное не обязательно верно.Следовательно, сильный тест является более строгим тестом на простоту, чем уравнение ( 1 ).

Существует бесконечно много сильных псевдопростых чисел Люкаса и, следовательно, бесконечно много псевдопростых чисел Люка.Теорема 7 в [1] утверждает: Пусть и быть относительно простыми положительными целыми числами, для которых положительна, но не является квадратом. Тогда существует положительная константа (в зависимости от и ) такие, что число сильных псевдопростых чисел Люкаса не превосходит больше, чем , для достаточно большой.

Мы можем положить Q = −1, тогда и являются P -последовательностью Фибоначчи и P -последовательностью Лукаса, псевдопростые числа можно назвать сильными псевдопростыми числами Люка по основанию P , например, наименее сильными псевдопростыми числами Люка с P = 1, 2, 3, ... являются 4181, 169, 119, ...

Очень сильное псевдопростое число Лукаса. [6] является сильным псевдопростым числом Люка для набора параметров ( P , Q ), где Q = 1, удовлетворяющего одному из условий

или

для некоторых . Очень сильное псевдопростое число Люкаса также является сильным псевдопростым числом Люкаса для того же самого пара.

Реализация вероятностного простого теста Люка

[ редактировать ]

Прежде чем приступить к проверке вероятности простого числа, обычно проверяют, что n , число, которое нужно проверить на простоту, нечетно, не является точным квадратом и не делится ни на какое маленькое простое число меньше некоторого удобного предела. Идеальные квадраты легко обнаружить, используя метод Ньютона для поиска квадратных корней.

Выбираем последовательность Люка, в которой символ Якоби , так что δ( n ) = n + 1.

Учитывая n , один из методов выбора D состоит в том, чтобы методом проб и ошибок найти первый D в последовательности 5, −7, 9, −11, ... такой, что . Обратите внимание, что .(Если D и n имеют общий простой делитель, то ).При такой последовательности значений D среднее количество значений D , которые необходимо опробовать, прежде чем мы встретим то, чей символ Якоби равен -1, составляет около 1,79; видеть, [1] п. 1416.Как только у нас есть D , мы устанавливаем и .Рекомендуется проверить, что не имеет общих простых делителей с P или Q. n Этот метод выбора D , P и Q был предложен Джоном Селфриджем .

(Этот поиск никогда не будет успешным, если n квадратное, и наоборот, если он окажется успешным, это будет доказательством того, что n не является квадратным. Таким образом, можно сэкономить некоторое время, отложив проверку n на прямоугольность до тех пор, пока все первые несколько шагов поиска не окажутся неудачными. .)

Учитывая D , P и Q , существуют рекуррентные отношения, которые позволяют нам быстро вычислить и в шаги; см. последовательность Лукаса § Другие отношения . Для начала,

Во-первых, мы можем удвоить нижний индекс от к за один шаг с использованием рекуррентных соотношений

.

Далее мы можем увеличить индекс на 1, используя повторения

.

Если странно, замените его на ; это даже так, что теперь его можно разделить на 2. Числитель обрабатывается таким же образом. (Добавление n не меняет результат по модулю n .)Обратите внимание, что для каждого термина, который мы вычисляем в последовательности U , мы вычисляем соответствующий термин в V. последовательности По мере продвижения мы также вычисляем те же соответствующие степени Q .

На каждом этапе мы уменьшаем , , и сила , против н .

Мы используем биты двоичного представления n , чтобы определить, какие члены последовательности U нужно вычислить. Например, если n +1 = 44 (= 101100 в двоичном формате), то, взяв биты по одному слева направо, получим последовательность индексов для вычисления: 1 2 = 1, 10 2 = 2, 100 2 = 4, 101 2 = 5, 1010 2 = 10, 1011 2 = 11, 10110 2 = 22, 101100 2 = 44. Поэтому вычисляем U 1 , U 2 , U 4 , U 5 , U 10 , U 11 , U 22 и U 44 . Мы также вычисляем члены с одинаковыми номерами в последовательности V вместе с Q 1 , Кью 2 , Кью 4 , Кью 5 , Кью 10 , Кью 11 , Кью 22 и Q 44 .

К концу расчета мы вычислим Un +1 , V n+1 и Q п+1 , (мод . n ).Затем мы проверяем сравнение ( 2 ), используя известное значение Un +1 .

Когда D , P и Q выбраны, как описано выше, первые 10 псевдопростых чисел Люка (см. стр. 1401 книги [1] ):323, 377, 1159, 1829, 3827, 5459, 5777, 9071, 9179 и 10877 (последовательность A217120 в OEIS )

Сильные . версии теста Лукаса могут быть реализованы аналогичным образом

Когда D , P и Q выбраны, как описано выше, первыми 10 сильными псевдопростыми числами Люка являются: 5459, 5777, 10877, 16109, 18971, 22499, 24569, 25199, 40309 и 58519.(последовательность A217255 в OEIS )

Чтобы вычислить список сверхсильных псевдопростых чисел Люка, установите .Затем попробуйте P = 3, 4, 5, 6, ..., пока не будет достигнуто значение находится так, что символ Якоби .С помощью этого метода выбора D , P и Q первые 10 сверхсильных псевдопростых чисел Люка будут989, 3239, 5777, 10877, 27971, 29681, 30739, 31631, 39059 и 72389.(последовательность A217719 в OEIS )

Проверка дополнительных условий сравнения

[ редактировать ]

Если мы проверили, что сравнение ( 2 ) истинно, мы можем проверить дополнительные условия сравнения, которые практически не требуют дополнительных вычислительных затрат.Если n окажется составным, эти дополнительные условия могут помочь обнаружить этот факт.

Если n — нечетное простое число и , то мы имеем следующее (см. уравнение 2 на стр. 1392 книги [1] ):

( 3 )

Хотя это условие сравнения по определению не является частью критерия вероятного простого числа Люка, проверить это условие можно практически бесплатно, поскольку, как отмечалось выше, значение V n+1 было вычислено в процессе вычисления U n+1. .

Если какое-либо сравнение ( 2 ) или ( 3 ) неверно, это является доказательством того, что n не является простым.Если оба эти сравнения верны, то вероятность того, что n является простым, даже более вероятна, чем если бы мы проверяли только сравнение ( 2 ).

Если метод Селфриджа (выше) для выбора D , P и Q установил Q = −1, то мы можем настроить P и Q так, чтобы D и Q остаются неизменными и P = Q = 5 (см. последовательности Люка — алгебраические отношения ).Если мы воспользуемся этим расширенным методом выбора P и Q , то 913 = 11·83 будет единственным составным числом меньше 10. 8 сравнение ( 3 ) (см. стр. 1409 и таблицу 6; для которого верно [1] ). Более обширные расчеты показывают, что при таком методе выбора D , P и Q существует только пять нечетных составных чисел меньше 10. 15 для которого сравнение ( 3 ). справедливо [7]

Если , то можно реализовать дальнейшее условие сравнения, требующее очень небольших дополнительных вычислений.

Напомним, что рассчитывается при расчете , и мы можем легко сохранить ранее вычисленную степень , а именно, .

Если n простое, то по Эйлера критерию

.

(Здесь, символ Лежандра ; если n простое, это то же самое, что символ Якоби).

Следовательно, если n простое, мы должны иметь:

( 4 )

Символ Якоби в правой части легко вычислить, поэтому это сравнение легко проверить.Если это сравнение не выполнено, то n не может быть простым. Если НОД( n, Q ) = 1, то проверка на конгруэнтность ( 4 ) эквивалентна дополнению нашего теста Лукаса «базовым Q» тестом на простоту Соловея-Штрассена .

Дополнительные условия сравнения, которые должны выполняться, если n простое, описаны в разделе 6. [1] Если какое-либо из этих условий не выполнено, то мы доказали, что n не является простым.

Сравнение с критерием простоты Миллера – Рабина.

[ редактировать ]

k приложений теста простоты Миллера-Рабина объявляют составное n вероятно простым с вероятностью не более (1/4) к .

Аналогичная оценка вероятности существует и для сильного критерия вероятного простого числа Люка. [8]

За исключением двух тривиальных исключений (см. ниже), доля ( P , Q пар ) (по модулю n ), которые объявляют составное n вероятно простым, не превышает (4/15).

Следовательно, k применений сильного теста Люка объявят составное n вероятно простым с вероятностью не более (4/15). к .

Есть два тривиальных исключения. Один — n = 9. Другой — когда n = p ( p +2) является произведением двух простых чисел-близнецов . Такое n легко факторизовать, поскольку в этом случае n +1 = ( p +1) 2 представляет собой идеальный квадрат. Можно быстро обнаружить идеальные квадраты, используя метод Ньютона для поиска квадратных корней.

Комбинируя тест Люка на псевдопростые числа с тестом на простоту Ферма , скажем, по основанию 2, можно получить очень мощные вероятностные тесты на простоту, такие как тест на простоту Бэйли-ПСВ .

Псевдопростые числа Фибоначчи

[ редактировать ]

Когда P = 1 и Q = −1, последовательность U n ( P , Q ) представляет числа Фибоначчи.

Псевдопростое число Фибоначчи часто бывает [2] : 264,   [3] : 142,   [4] : 127  определяется как составное число n, не кратное 5, для которого выполняется сравнение ( 1 ) с P = 1 и Q = −1. Согласно этому определению, псевдопростые числа Фибоначчи образуют последовательность:

323, 377, 1891, 3827, 4181, 5777, 6601, 6721, 8149, 10877, ... (последовательность A081264 в OEIS ).

В ссылках Андерсона и Якобсена ниже используется это определение.

Если n конгруэнтно 2 или 3 по модулю 5, то Брессу, [2] : 272–273  и Крэндалл и Померанс [3] : 143, 168  отметим, что псевдопростые числа Фибоначчи редко одновременно являются псевдопростыми числами Фибоначчи по основанию 2. Однако, когда n конгруэнтно 1 или 4 по модулю 5, верно обратное: более 12% псевдопростых чисел Фибоначчи меньше 10. 11 также являются псевдопростыми числами Ферма по основанию 2.

Если n простое число и НОД( n , Q ) = 1, то мы также имеем [1] : 1392 

( 5 )

Это приводит к альтернативному определению псевдопростых чисел Фибоначчи: [9] [10]

псевдопростое число Фибоначчи — это составное число n, для которого выполняется сравнение ( 5 ) с P = 1 и Q = −1.

Это определение приводит к тому, что псевдопростые числа Фибоначчи образуют последовательность:

705, 2465, 2737, 3745, 4181, 5777, 6721, 10877, 13201, 15251, ... (последовательность A005845 в OEIS ),

которые также называют псевдопростыми числами Брукмана-Люкаса . [4] : 129  Хоггатт и Бикнелл изучили свойства этих псевдопростых чисел в 1974 году. [11] Сингмастер вычислил эти псевдопростые числа до 100 000. [12] Якобсен перечисляет все 111443 таких псевдопростых чисел меньше 10. 13 . [13]

Было показано, что не существует четных псевдопростых чисел Фибоначчи, определенных уравнением (5). [14] [15] Однако даже псевдопростые числа Фибоначчи существуют (последовательность A141137 в OEIS ) согласно первому определению, данному ( 1 ).

Сильное псевдопростое число Фибоначчи — это составное число n для которого выполняется сравнение ( 5 ) для Q = −1 и всех P. , [16] Отсюда следует [16] : 460  что нечетное составное целое число n является сильным псевдопростым числом Фибоначчи тогда и только тогда, когда:

  1. n число Кармайкла
  2. 2( р + 1) | ( п - 1) или 2 ( р + 1) | ( n p ) для каждого простого числа p, делящего n .

Наименьший пример сильного псевдопростого числа Фибоначчи — 443372888629441 = 17·31·41·43·89·97·167·331.

Псевдопростые числа Пелла

[ редактировать ]

Псевдопростое число Пелля можно определить как составное число n, для которого уравнение ( 1 ) выше верно с P = 2 и Q = −1; последовательность Un тогда является последовательностью Пелля . Тогда первыми псевдопростыми числами будут 35, 169, 385, 779, 899, 961, 1121, 1189, 2419,...

Это отличается от определения в OEIS : A099011, которое можно записать как:

где ( P , Q ) = (2, −1) снова определяет U n как последовательность Пелля . Тогда первыми псевдопростыми числами будут 169, 385, 741, 961, 1121, 2001, 3827, 4879, 5719, 6215...

Третье определение использует уравнение (5) с ( P , Q ) = (2, -1), что приводит к псевдопростым числам 169, 385, 961, 1105, 1121, 3827, 4901, 6265, 6441, 6601, 7107, 7801, 8119, ...

  1. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н Роберт Бэйли; Сэмюэл С. Вагстафф-младший (октябрь 1980 г.). «Лукас Псевдопраймс» (PDF) . Математика вычислений . 35 (152): 1391–1417. дои : 10.1090/S0025-5718-1980-0583518-6 . JSTOR   2006406 . МР   0583518 .
  2. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Дэвид Брессу ; Стэн Вагон (2000). Курс вычислительной теории чисел . Нью-Йорк: Key College Publishing в сотрудничестве со Springer. ISBN  978-1-930190-10-8 .
  3. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Ричард Э. Крэндалл ; Карл Померанс (2005). Простые числа: вычислительная перспектива (2-е изд.). Спрингер-Верлаг . ISBN  0-387-25282-7 .
  4. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Пауло Рибенбойм (1996). Новая книга рекордов простых чисел . Спрингер-Верлаг . ISBN  0-387-94457-5 .
  5. ^ Карл Померанс ; Джон Л. Селфридж ; Сэмюэл С. Вагстафф-младший (июль 1980 г.). «Псевдопростые числа до 25·10 9 » (PDF) . Математика вычислений . 35 (151): 1003–1026. doi : 10.1090/S0025-5718-1980-0572872-7 . JSTOR   2006210 .
  6. ^ Джон Грэнтэм (2001). «Псевдопростые числа Фробениуса» . Математика вычислений . 70 (234): 873–891. arXiv : 1903.06820 . Бибкод : 2001MaCom..70..873G . дои : 10.1090/S0025-5718-00-01197-2 . МР   1680879 .
  7. ^ Роберт Бэйли; Эндрю Фиори; Сэмюэл С. Вагстафф-младший (июль 2021 г.). «Усиление теста на первичность Бэйли-PSW». Математика вычислений . 90 (330): 1931–1955. arXiv : 2006.14425 . дои : 10.1090/mcom/3616 . S2CID   220055722 .
  8. ^ Ф. Арно (апрель 1997 г.). «Теорема Рабина-Монье для псевдопростых чисел Люка». Математика вычислений . 66 (218): 869–881. CiteSeerX   10.1.1.192.4789 . дои : 10.1090/s0025-5718-97-00836-3 .
  9. ^ Адина Ди Порто; Пьеро Филиппони (1989). «Подробнее о псевдопростых числах Фибоначчи» (PDF) . Ежеквартальный журнал Фибоначчи . 27 (3): 232–242.
  10. ^ Ди Порту, Адина; Филиппони, Пьеро; Монтоливо, Эмилио (1990). «Об обобщенных псевдопростых числах Фибоначчи». Ежеквартальный журнал Фибоначчи . 28 : 347–354. CiteSeerX   10.1.1.388.4993 .
  11. ^ В. Е. Хоггатт-младший ; Марджори Бикнелл (сентябрь 1974 г.). «Некоторые сравнения чисел Фибоначчи по модулю простого числа p». Журнал «Математика» . 47 (4): 210–214. дои : 10.2307/2689212 . JSTOR   2689212 .
  12. ^ Дэвид Сингмастер (1983). «Некоторые псевдопростые числа Лукаса». Рефераты амер. Математика. Соц . 4 (83Т–10–146): 197.
  13. ^ «Псевдопростые статистики и таблицы» . Проверено 5 мая 2019 г.
  14. ^ П. С. Брукман (1994). «Псевдопростые числа Лукаса странные». Ежеквартальный журнал Фибоначчи . 32 : 155–157.
  15. ^ Ди Порту, Адина (1993). «Несуществование даже псевдопростых чисел Фибоначчи первого рода». Ежеквартальный журнал Фибоначчи . 31 : 173–177. CiteSeerX   10.1.1.376.2601 .
  16. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Мюллер, Винфрид Б.; Освальд, Алан (1993). «Обобщенные псевдопростые числа Фибоначчи и вероятные простые числа». В GE Bergum; и др. (ред.). Применение чисел Фибоначчи . Том. 5. Клювер. стр. 459–464. дои : 10.1007/978-94-011-2058-6_45 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 33b3da6a931e52b5194105268b021da2__1700982300
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/33/a2/33b3da6a931e52b5194105268b021da2.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Lucas pseudoprime - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)