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强伪素数


以基数 a 为底的强伪素数是一个 合数 n 且满足 n-1=d·2^s (其中 d奇数),满足以下条件之一:

 a^d=1 (mod n)
(1)

 a^(d·2^r)=-1 (mod n)
(2)

对于某些 r=0, 1, ..., s-1 (Riesel 1994, p. 91)。 请注意,Guy(1994, p. 27)将强伪素数的定义限制为仅满足条件 (1) 的那些。

这个定义的动机是费马伪素数 n 以基数 b 为底满足

 b^(n-1)-1=0 (mod n).
(3)

但是由于 n奇数,它可以写成 n=2m+1,并且

 b^(2m)-1=(b^m-1)(b^m+1)=0 (mod n).
(4)

如果 n素数,它必须 整除 至少一个 因子,但不能同时 整除 两者,因为它会 整除 它们的差

 (b^m+1)-(b^m-1)=2.
(5)

因此,

 b^m=+/-1 (mod n),
(6)

所以写成 n=2^at+1 以得到

 b^(n-1)-1=(b^t-1)(b^t+1)(b^(2t)+1)...(b^(2^(a-1)t)+1).
(7)

如果 n 整除 这些 因子 中的恰好一个,但它是 合数,那么它是一个强伪素数。一个 合数 对于小于它自身的所有基数中的至多 1/4 是强伪素数(Monier 1980,Rabin 1980)。强伪素数为 Miller 素性测试Rabin-Miller 强伪素性测试 提供了基础。

以基数 a 为底的强伪素数也是以基数 a 为底的 欧拉伪素数 (Pomerance 等人,1980)。强伪素数包括一些 欧拉伪素数费马伪素数卡迈克尔数

下表列出了对于一些小基数的前几个伪素数。

bOEISb-强伪素数
2A0012622047, 3277, 4033, 4681, 8321, ...
3A020229121, 703, 1891, 3281, 8401, 8911, ...
4A020230341, 1387, 2047, 3277, 4033, 4371, ...
5A020231781, 1541, 5461, 5611, 7813, ...
6A020232217, 481, 1111, 1261, 2701, ...
7A02023325, 325, 703, 2101, 2353, 4525, ...
8A0202349, 65, 481, 511, 1417, 2047, ...
9A02023591, 121, 671, 703, 1541, 1729, ...

小于 10^3, 10^4, ... 的强 2-伪素数的数量分别为 0、5、16、46、162、...(OEIS A055552)。请注意,Guy(1994, p. 27)的定义仅给出了子集 2047、4681、15841、42799、52633、90751、...,其计数与 Guy 表中的计数不一致。

对于 k=2、3、5 的强 k-伪素数测试正确识别了小于 2.5×10^(10) 的所有 素数,仅有 13 个例外,如果添加 7,则小于 2.5×10^(10) 的唯一例外是 3215031751。Jaeschke (1993) 表明,对于小于 10^(12) 的基数 2、3 和 5,只有 101 个强伪素数,如果添加 7,则有 9 个,如果添加 11,则没有。此外,基数 2、13、23 和 1662803 在高达 10^(12) 的范围内没有例外。

如果 n合数,那么存在一个基数,使得 n 不是强伪素数。因此,没有“强卡迈克尔数”。设 psi_k 表示以所有前 k 个 素数 为基数的最小强伪素数(即,对于基数小于或等于第 k 个素数 p_kRabin-Miller 强伪素性测试 失败的最小 奇数)。Jaeschke (1993) 计算了 psi_kk=5 到 8,并给出了 k=9 到 11 的上限。

psi_1=2047
(8)
psi_2=1373653
(9)
psi_3=25326001
(10)
psi_4=3215031751
(11)
psi_5=2152302898747
(12)
psi_6=3474749660383
(13)
psi_7=341550071728321
(14)
psi_8=341550071728321
(15)
psi_9<=3825123056546413051
(16)
psi_(10)<=3825123056546413051
(17)
psi_(11)<=3825123056546413051
(18)

(OEIS A014233),其中 psi_9, psi_(10), 和 psi_(11) 的界限由 Zhang 和 Tang(2003)确定。一个七步测试,利用这些结果的旧界限(Riesel 1994),允许测试所有小于 3.4×10^(14) 的数字。

张 (2001, 2002, 2005, 2006, 2007) 推测

psi_9=3825123056546413051
(19)
psi_(10)=3825123056546413051
(20)
psi_(11)=3825123056546413051
(21)
psi_(12)=318665857834031151167461
(22)
psi_(13)=3317044064679887385961981
(23)
psi_(14)=6003094289670105800312596501
(24)
psi_(15)=59276361075595573263446330101
(25)
psi_(16)=564132928021909221014087501701
(26)
psi_(17)=564132928021909221014087501701
(27)
psi_(18)=1543267864443420616877677640751301
(28)
psi_(19)=1543267864443420616877677640751301
(29)
psi_(20)>10^(36).
(30)

Baillie-PSW 素性测试 是一种基于强伪素数和 Lucas 伪素数 组合的测试,由 Pomerance 等人提出。(Pomerance 等人,1980;Pomerance,1984)。


另请参阅

Baillie-PSW 素性测试, 卡迈克尔数, Miller 素性测试, Poulet 数, 伪素数, Rabin-Miller 强伪素性测试, Rotkiewicz 定理, 强椭圆伪素数, 强 Lucas 伪素数

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参考文献

Bailey, D. H.; Borwein, J. M.; Calkin, N. J.; Girgensohn, R.; Luke, D. R.; 和 Moll, V. H. 实验数学行动. Wellesley, MA: A K Peters, p. 57, 2007.Baillie, R. 和 Wagstaff, S. "Lucas 伪素数。" Math. Comput. 35, 1391-1417, 1980. http://mpqs.free.fr/LucasPseudoprimes.pdf.Guy, R. K. "伪素数。欧拉伪素数。强伪素数。" §A12 在 数论中的未解决问题,第二版. New York: Springer-Verlag, pp. 27-30, 1994.Jaeschke, G. "关于对多个基数的强伪素数。" Math. Comput. 61, 915-926, 1993.Monier, L. "两种高效概率素性测试算法的评估与比较。" Theor. Comput. Sci. 12, 97-108, 1980.Pinch, R. G. E. "高达 10^(13) 的伪素数。" ftp://ftp.dpmms.cam.ac.uk/pub/PSP/.Pomerance, C. "Baillie-PSW 素性测试是否存在反例?" 1984. http://www.pseudoprime.com/dopo.pdf.Pomerance, C.; Selfridge, J. L.; 和 Wagstaff, S. S. Jr. "高达 25·10^9 的伪素数。" Math. Comput. 35, 1003-1026, 1980. http://mpqs.free.fr/ThePseudoprimesTo25e9.pdf.Rabin, M. O. "概率素性测试算法。" J. Number Th. 12, 128-138, 1980.Riesel, H. 素数与计算机分解方法,第二版. Basel: Birkhäuser, p. 92, 1994.Sloane, N. J. A. 序列 A001262, A014233, A020229, A020230, A020231, A020232, A020233, A020234, A020235, A055552, 和 A102483 在 “整数序列在线百科全书” 中。Zhang, Z. "寻找对多个基数的强伪素数。" Math. Comput. 70, 863-872, 2001. http://www.ams.org/journal-getitem?pii=S0025-5718-00-01215-1.Zhang, Z. "Baillie-PSW 概率素数测试的单参数二次基数版本。" Math. Comput. 71, 1699-1734, 2002. http://www.ams.org/journal-getitem?pii=S0025-5718-02-01424-2.Zhang, Z. "寻找 C3-强伪素数。" Math. Comput. 74, 1009-1024, 2005. http://www.ams.org/mcom/2005-74-250/S0025-5718-04-01693-X/home.html.Zhang, Z. "关于一些新型伪素数的注释。" Math. Comput. 75, 451-460, 2006.Zhang, Z. "高达 10^(36) 的两种强伪素数。" Math. Comput. 76, 2095-2107, 2007.Zhang, Z. 和 Tang, M. "寻找对多个基数的强伪素数,II。" Math. Comput. 72, 2085-2097, 2003. http://www.ams.org/journal-getitem?pii=S0025-5718-03-01545-X.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

强伪素数

请引用为

Weisstein, Eric W. “强伪素数。” 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/StrongPseudoprime.html

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