정규 프라임

Regular prime
수학의 미해결 문제:

규칙적인 프리임이 무한히 많으며, 그렇다면 상대 밀도 - / 2 e

수 이론에서 규칙적인 프라임은 페르마의 마지막 정리의 특정 사례를 증명하기 위해 1850년 에른스트 쿠메르가 정의한 특별한 종류의 프라임 넘버다.규칙적인 소수점은 등급 번호 또는 베르누이 번호의 구분성을 통해 정의될 수 있다.

처음 몇 개의 정기적인 홀수 간격은 다음과 같다.

3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 41, 47, 53, 61, 71, 79, 83, 89, 97, 109, 103, 127, 137, 139, 151, 151, 163, 167, 173, 173, 179, 181, 193, 199, … (OEIS에서의 순차 A007703).

역사와 동기

1850년, 쿠머는 p가 정규라면 페르마의 마지막 정리(Last Organization)가 1차 지수의 p에 대해 사실임을 증명했다.이것은 불규칙한 소수에게 주의를 집중시켰다.[1]1852년, 컬페치는 (p, p - 3)이 불규칙한 쌍이 아니라면, 페르마의 마지막 정리(Last Organization)의 사례가 지수 p에 대한 사실임을 증명할 수 있었다.쿠메르는 1857년 페르마의 마지막 정리(소피 제르맹의 정리 참조)의 "첫 번째 경우"에 대해 (p, p - 3) 또는 (p, p - 5) 중 하나가 불규칙한 쌍이 되지 않는다는 것을 확립하기에 충분하다는 것을 보여줌으로써 이것을 더욱 개선했다.

Kummer는 불규칙적인 소수점 이하를 발견했다.1963년 레머는 최대 10000개의 결과를 보고했고, 1964년 셀리지와 폴락은 최대 25000개의 불규칙한 프리타임 표를 완성했다고 발표했다.비록 후자의 두 테이블이 인쇄물에 나타나지는 않았지만, 존슨은 (p, p - 3)은 사실 p = 16843에 대한 불규칙한 쌍이며, 이것 p < 30000에 대해 처음이자 유일한 현상이라는 것을 발견했다.[2]1993년에 이런 일이 다음에 일어날 때는 p = 2124679인 것으로 밝혀졌다; Wolstenholme prime을 보라.[3]

정의

등급번호기준

홀수 소수 p는 p-th 사이클로토믹 필드 Q(classp number)의 등급 번호를 나누지 않으면 규칙적인 것으로 정의되며, 여기서 ζp 단결의 원시 p-th 루트로 OEIS: A000927에 나열된다.프라임 넘버 2도 종종 규칙적인 것으로 여겨진다.

사이클로토믹 필드의 등급 번호는 등가성까지의 정수 Z(ζp) 이상 수입니다.Q( ideals)에 nonzerop u가 있어서 I = uJ가 될 경우 두 개의 이상 I, J는 동등한 것으로 간주된다.

쿠메르의 기준

에른스트 쿠메르(Kummer 1850)는 규칙성에 대한 동등한 기준이 p가 베르누이 숫자 B k 어느 하나의 분자를 k = 2, 4, 6, ..., p - 3으로 나누지 않는다는 것을 보여주었다.

이것이 클래스 번호 정의와 같다는 쿠머의 증거는 이 베르누이 숫자들 중 하나를 나누는 p의 어떤 결과를 기술하는 헤르브란트-리벳 정리에 의해 강화된다.

시겔의 추측

규칙적인 소수들이 무한히 많다고 추측되어 왔다.보다 정확하게 칼 루드비히 시겔(1964)은 자연 밀도에 대한 무증상적 의미에서 모든 소수 중 약 60.65%인 e−1/2 규칙적이라고 추측했다.어떤 추측도 현재까지 증명되지 않았다.

불규칙 소수

규칙적이지 않은 홀수 프라임은 불규칙한 프라임(또는 아래에서 논의된 다른 유형이나 불규칙성과 구별하기 위한 베르누이 불규칙 또는 B-비정규)이다.처음 몇 개의 불규칙한 프리타임은 다음과 같다.

37, 59, 67, 101, 103, 131, 149, 157, 233, 257, 263, 271, 283, 293, 307, 311, 347, 353, 379, 389, 401, 409, 421, 433, 461, 463, 467, 491, 523, 541, 547, 557, 577, 587, 593, ... (sequence A000928 in the OEIS)

부정도

K. L. 옌센(그 외에는 알려지지 않은 닐슨[4] 학생)은 1915년에 4n + 3 형태의 불규칙한 소수들이 무한히 많다는 것을 증명했다.[5] 1954년 칼리츠는 일반적으로 불규칙한 소수들이 무한히 많다는 더 약한 결과에 대한 간단한 증거를 제시했다.[6]

Metzenkylé는 어떤 정수 T > 6에 대해서도 mT + 1 또는 mT - 1 형태가 아닌 불규칙한 소수들이 무한히 많다는 것을 증명했고,[7] 나중에 그것을 일반화했다.[8]

불규칙 쌍

p가 불규칙한 프라임이고 p가 베르누이 숫자 B의2k 분자를 0 < 2k < p - 1로 나눈다면, (p, 2k)불규칙한 쌍이라고 한다.즉, 불규칙한 prime p의 경우, 규칙성이 실패하는 베르누이 숫자의 특정 지수를 기록하기 위한 부기 장치다.처음 몇 쌍의 불규칙한 쌍(k가 주문한 경우)은 다음과 같다.

(691, 12), (3617, 16), (43867, 18), (283, 20), (617, 20), (131, 22), (593, 22), (22), (223, 22), (223, 22), (229, 22), (6294797, 24), (657931, 26), (9, 28), (362903, 28), (OEIS에서 연속 A189683).

n번째 불규칙한 프라임이 Bk 나누는 가장 작은 짝수 k는

32, 44, 58, 68, 24, 22, 130, 62, 84, 164, 100, 84, 20, 156, 88, 292, 280, 186, 100, 200, 382, 126, 240, 196, 292, 292, 292, 94, 400, 86, 270, 222, 90, 22, 22, 186, 186, 186, 100, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 382, 382, 382, 382, 292, 292, 292, 292, 292, 292, 186, 292, 292, 292, 292, 292,

주어진 prime p의 경우, 그러한 쌍의 수를 p불규칙성 지수라고 한다.[9]따라서, 프라임은 그것의 불규칙성 지수가 0일 경우에만 규칙적이다.마찬가지로, 프라임은 그것의 불규칙성 지수가 양수인 경우에만 불규칙하다.

(p, p - 3)은 사실 p = 16843의 불규칙한 쌍이며, p = 2124679의 쌍이라는 것이 밝혀졌다.p < 109 대해서는 더 이상 발생이 없다.

불규칙지수

p가 b나누고 k2k (p - 1)/2보다 작은 경우에만 홀수 p는 불규칙지수를 갖는다.불규칙지수가 1보다 큰 첫 번째 불규칙 프라임은 B62 B110 나누는 157이므로 불규칙지수 2를 가진다.분명, 정규 프라임의 불규칙한 지수는 0이다.

n 프라임의 불규칙지수는

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 2, 0, ... (Start with n = 2, or the prime = 3) (sequence A091888 in the OEIS)

n차 불규칙 프라임의 불규칙 지수는

1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 3, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 3, 1, 2, 3, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 1, 1, 1, ... (sequence A091887 in the OEIS)

1지수가 불규칙한 프라임은

37, 59, 67, 101, 103, 131, 149, 233, 257, 263, 271, 283, 293, 307, 311, 347, 389, 401, 409, 421, 433, 461, 463, 523, 541, 557, 577, 593, 607, 613, 619, 653, 659, 677, 683, 727, 751, 757, 761, 773, 797, 811, 821, 827, 839, 877, 881, 887, 953, 971, ... (sequence A073276 in the OEIS)

Primime이 불규칙적인 지수 2를 갖는 것은

157, 353, 379, 467, 547, 587, 631, 673, 691, 809, 929, 1291, 1297, 1307, 1663, 1669, 1733, 1789, 1933, 1997, 2003, 2087, 2273, 2309, 2371, 2383, 2423, 2441, 2591, 2671, 2789, 2909, 2957, ... (sequence A073277 in the OEIS)

3지수가 불규칙한 프라임은

491, 617, 647, 1151, 1217, 1811, 1847, 2939, 3833, 4003, 4657, 4951, 6763, 7687, 8831, 9011, 10463, 10589, 12073, 13217, 14533, 14737, 14957, 15287, 15787, 15823, 16007, 17681, 17863, 18713, 18869, ... (sequence A060975 in the OEIS)

불규칙한 색인 n이 있는 최소 프리타임은 다음과 같다.

2, 3, 3, 37, 157, 491, 12613, 78233, 527377, 3238481, ... (OEIS의 순서 A061576) (이 순서는 "2의 불규칙 지수"를 -1로 정의하고 n = -1에서 시작하기도 한다.

일반화

오일러 불규칙한 소수

마찬가지로 오일러 불규칙 프라임(또는 E-비규칙)을 0 < 2np - 3으로 오일러 숫자 E2n 적어도 한 개씩 나누는 프라임 p로 정의할 수 있다.처음 몇 개의 오일러 불규칙한 프라임은

19, 31, 43, 47, 61, 67, 71, 79, 101, 137, 139, 149, 193, 223, 241, 251, 263, 277, 307, 311, 349, 353, 359, 373, 379, 419, 433, 461, 463, 491, 509, 541, 563, 571, 577, 587, ... (sequence A120337 in the OEIS)

오일러 불규칙한 쌍은

(61, 6), (277, 8), (19, 10), (2659, 10), (43, 12), (967, 12), (47, 14), (4241723, 14), (228135437, 16), (79, 18), (349, 18), (84224971, 18), (41737, 20), (354957173, 20), (31, 22), (1567103, 22), (1427513357, 22), (2137, 24), (111691689741601, 24), (67, 26), (61001082228255580483, 26), (71, 28), (30211, 28), (2717447, 28), (77980901, 28), ...

밴디버는 페르마의 마지막 정리(xp + yp = zp)가 gcd(xyz, p) = 1인 정수 x, y, z에 대한 해결책이 없다는 것을 증명했다.구트는 p가 E-비정규도 지수를 5 미만일 경우 x2p + y2p = z2p 해결책이 없음을 증명했다.[10]

E-비정규적인 프리임이 무한히 존재한다는 것이 증명되었다.더 강력한 결과를 얻었다: 1모듈로 8에 해당하는 E-비정규 소수점이 무한히 존재한다.금머의 B정기 프리임의 경우처럼 E정기 프리임이 무한히 많다는 증거는 아직 없지만 이는 사실일 것 같다.

강한 불규칙적 소수

프라임 p는 B-비규칙과 E-비규칙 둘 다일 경우 강한 불규칙(p로 구분할 수 있는 베르누이와 오일러 숫자의 지수는 같거나 다를 수 있다)이라고 한다.처음 몇 번의 강한 불규칙적인 소수들은

67, 101, 149, 263, 307, 311, 353, 379, 433, 461, 463, 491, 541, 577, 587, 619, 677, 691, 751, 761, 773, 811, 821, 877, 887, 929, 971, 1151, 1229, 1279, 1283, 1291, 1307, 1319, 1381, 1409, 1429, 1439, ... (sequence A128197 in the OEIS)

To prove the Fermat's Last Theorem for a strong irregular prime p is more difficult (since Kummer proved the first case of Fermat's Last Theorem for B-regular primes, Vandiver proved the first case of Fermat's Last Theorem for E-regular primes), the most difficult is that p is not only a strong irregular prime, but 2p + 1, 4p + 1, 8p + 1, 10p + 1,14p + 1, 16p + 1도 모두 복합적이다(레전드르는 적어도 2p + 1, 4p + 1, 8p + 1, 10p + 1, 14p + 1, 16p + 1 하나가 프라임과 같은 프리타임 p에 대한 페르마의 마지막 정리의 첫 번째 경우를 증명했다). 이러한 p는 처음 몇 개이다.

263, 311, 379, 461, 463, 541, 751, 773, 887, 971, 1283, ...

약한 불규칙 소수

프라임 p는 B-비정규어 또는 E-비정규어(또는 둘 다)일 경우 약한 불규칙이다.처음 몇 개의 약한 불규칙적인 소수들은

19, 31, 37, 43, 47, 59, 61, 67, 71, 79, 101, 103, 131, 137, 139, 149, 157, 193, 223, 233, 241, 251, 257, 263, 271, 277, 283, 293, 307, 311, 347, 349, 353, 373, 379, 389, 401, 409, 419, 421, 433, 461, 463, 491, 509, 523, 541, 547, 557, 563, 571, 577, 587, 593, ... (sequence A250216 in the OEIS)

베르누이 부정기와 마찬가지로, 약한 규칙성은 사이클로토믹 분야의 등급 번호의 불분명한 것과 관련이 있다.실제로 prime p는 4p 사이클로토믹 필드 Q( q)의4p 클래스 번호를 p가 나눈 경우에만 약하게 불규칙하다.

약한 불규칙 쌍

이 절에서 "an"는 n번째 베르누이 숫자의 분자를 의미하며, "an"는 n이 홀수일 경우 (n - 1)번째 오일러 숫자를 의미한다(OEIS에서 순서 A246006).

모든 홀수 p에 대해 pifp 나누고 p가 1모드 4로 합치되는 경우에만 p를 분할하며, p는 홀수 p마다 (p - 1)번째 베르누이 수의 분모를 분할하므로 홀수 p에 대해 pap−1 분할할 수 없다.게다가 만일 홀수 pan(그리고 2p가 n을 나누지 않는 경우)를n+k(p−1) 나누면 p도(만약 2p가 n을 나누면, 문장도 "pan+2kp 나눈다"로 바꾸어야 한다.실제로 2p가 n을 나누고 p(p - 1)가 n을 나누지 않으면, p는 모든 정수 k(조건n n + k(p - 1)에 대해 a.)나눈다.예를 들어 19는 a11 나누고 2 × 19 = 38은 11을 나누지 않기 때문에 19는 모든 k에 대해18k+11 a를 나눈다.따라서 불규칙한 쌍(p, n), n의 정의는 최대 p - 2이어야 한다.

다음 표는 홀수 p 661을 갖는 모든 불규칙 쌍을 보여준다.

p 정수
0 ≤ np − 2
pan 나누는 것.
p 정수
0 ≤ np − 2
pan 나누는 것.
p 정수
0 ≤ np − 2
pan 나누는 것.
p 정수
0 ≤ np − 2
pan 나누는 것.
p 정수
0 ≤ np − 2
pan 나누는 것.
p 정수
0 ≤ np − 2
pan 나누는 것.
3 79 19 181 293 156 421 240 557 222
5 83 191 307 88, 91, 137 431 563 175, 261
7 89 193 75 311 87, 193, 292 433 215, 366 569
11 97 197 313 439 571 389
13 101 63, 68 199 317 443 577 52, 209, 427
17 103 24 211 331 449 587 45, 90, 92
19 11 107 223 133 337 457 593 22
23 109 227 347 280 461 196, 427 599
29 113 229 349 19, 257 463 130, 229 601
31 23 127 233 84 353 71, 186, 300 467 94, 194 607 592
37 32 131 22 239 359 125 479 613 522
41 137 43 241 211, 239 367 487 617 20, 174, 338
43 13 139 129 251 127 373 163 491 292, 336, 338, 429 619 371, 428, 543
47 15 149 130, 147 257 164 379 100, 174, 317 499 631 80, 226
53 151 263 100, 213 383 503 641
59 44 157 62, 110 269 389 200 509 141 643
61 7 163 271 84 397 521 647 236, 242, 554
67 27, 58 167 277 9 401 382 523 400 653 48
71 29 173 281 409 126 541 86, 465 659 224
73 179 283 20 419 159 547 270, 486 661

1000 미만의 소수점 이하인 소수점 이하로는 307, 311, 353, 379, 577, 587, 617, 619, 647, 691, 751, 929가 유일하다.게다가 491은 1000 이하의 프라임으로 변칙지수 4가 약하며 다른 모든 홀수들은 1000 이하의 약한 변칙지수 0, 1 또는 2가 약하다.(약간 변칙지수는 p가 an 나누는 정수의 수 0 n ≤ p - 2로 정의된다.)

다음 표는 n ≤ 63의 모든 불규칙 쌍을 나타낸다.(이 불규칙 쌍들을 얻으려면 an 인수하면 된다.예를 들어, a34 = 17 × 151628697551, 그러나 17 < 34 + 2>이므로 n = 34를 갖는 유일한 불규칙한 쌍은 (15162869751, 34) (더 자세한 정보는 (짝수 ns 최대 300, 홀수 ns 최대 201)을 참조한다.

n pan 나누는 primes pn + 2 n pan 나누는 primes pn + 2
0 32 37, 683, 305065927
1 33 930157, 42737921, 52536026741617
2 34 151628697551
3 35 4153, 8429689, 2305820097576334676593
4 36 26315271553053477373
5 37 9257, 73026287, 25355088490684770871
6 38 154210205991661
7 61 39 23489580527043108252017828576198947741
8 40 137616929, 1897170067619
9 277 41 763601, 52778129, 359513962188687126618793
10 42 1520097643918070802691
11 19, 2659 43 137, 5563, 13599529127564174819549339030619651971
12 691 44 59, 8089, 2947939, 1798482437
13 43, 967 45 587, 32027, 9728167327, 36408069989737, 238716161191111
14 46 383799511, 67568238839737
15 47, 4241723 47 285528427091, 1229030085617829967076190070873124909
16 3617 48 653, 56039, 153289748932447906241
17 228135437 49 5516994249383296071214195242422482492286460673697
18 43867 50 417202699, 47464429777438199
19 79, 349, 87224971 51 5639, 1508047, 10546435076057211497, 67494515552598479622918721
20 283, 617 52 577, 58741, 401029177, 4534045619429
21 41737, 354957173 53 1601, 2144617, 537569557577904730817, 429083282746263743638619
22 131, 593 54 39409, 660183281, 1120412849144121779
23 31, 1567103, 1427513357 55 2749, 3886651, 78383747632327, 209560784826737564385795230911608079
24 103, 2294797 56 113161, 163979, 19088082706840550550313
25 2137, 111691689741601 57 5303, 7256152441, 52327916441, 2551319957161, 12646529075062293075738167
26 657931 58 67, 186707, 6235242049, 37349583369104129
27 67, 61001082228255580483 59 1459879476771247347961031445001033, 8645932388694028255845384768828577
28 9349, 362903 60 2003, 5549927, 109317926249509865753025015237911
29 71, 30211, 2717447, 77980901 61 6821509, 14922423647156041, 190924415797997235233811858285255904935247
30 1721, 1001259881 62 157, 266689, 329447317, 28765594733083851481
31 15669721, 28178159218598921101 63 101, 6863, 418739, 1042901, 91696392173931715546458327937225591842756597414460291393

다음 표는 불규칙 쌍(p, p - n) (n 2)을 나타내는데, 자연수 n 2마다 불규칙 쌍(p, p - n)이 무한히 많지만 고정 n에 대해서는 거의 발견되지 않았다는 추측이다.n의 일부 값에는 그러한 prime p도 알려져 있지 않다.

n papn 나누는 primes p (이 p는 최대 20000까지 점검됨) OEIS 시퀀스
2 149, 241, 2946901, 16467631, 17613227, 327784727, 426369739, 1062232319, ... A198245
3 16843, 2124679, ... A088164
4 ...
5 37, ...
6 ...
7 ...
8 19, 31, 3701, ...
9 67, 877, ... A212557
10 139, ...
11 9311, ...
12 ...
13 ...
14 ...
15 59, 607, ...
16 1427, 6473, ...
17 2591, ...
18 ...
19 149, 311, 401, 10133, ...
20 9643, ...
21 8369, ...
22 ...
23 ...
24 17011, ...
25 ...
26 ...
27 ...
28 ...
29 4219, 9133, ...
30 43, 241, ...
31 3323, ...
32 47, ...
33 101, 2267, ...
34 461, ...
35 ...
36 1663, ...
37 ...
38 101, 5147, ...
39 3181, 3529, ...
40 67, 751, 16007, ...
41 773, ...

참고 항목

참조

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추가 읽기

외부 링크