Einzigartige Primzahl

In der Unterhaltungsmathematik ist eine einzigartige Primzahl oder einzigartige periodische Primzahl (vom englischen unique prime oder unique period prime) eine Primzahl $p\in \mathbb {P}$ , für welche gilt:

Die Dezimalbruchentwicklung von ${\frac {1}{p}}$ (also des Kehrwertes von $p$ ) hat eine einzigartige Periodenlänge $n\geq 1$ , das heißt, es gibt keine andere Primzahl $q\in \mathbb {P}$ , für die ${\frac {1}{q}}$ die gleiche Periodenlänge hat. Man sagt „die Primzahl $p$ hat eine Periode der Länge $n$ “.

Einzigartige Primzahlen wurden erstmals im Jahr 1980 von Samuel Yates untersucht.^[1]

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Primzahl $p=3$ hat als Kehrwert den Bruch ${\frac {1}{3}}$ , dessen Dezimalbruchentwicklung ${\frac {1}{3}}=0{,}3333333\ldots =0,{\overline {3}}$ ist. Die Periodenlänge von ${\frac {1}{3}}$ ist somit $1$ . Natürlich gibt es auch andere periodische Dezimalbruchentwicklungen mit einer Periodenlänge $n=1$ , zum Beispiel $0{,}{\overline {1}}=0{,}1111111\ldots ={\frac {1}{9}}$ , aber für ${\frac {1}{9}}={\frac {1}{k}}$ ist $k=9\not \in \mathbb {P}$ keine Primzahl. Auch $0{,}{\overline {6}}=0{,}666666\ldots ={\frac {2}{3}}$ hat die Periodenlänge $n=1$ , aber dieser Bruch hat nicht die Form ${\frac {1}{p}}$ , sondern ${\frac {2}{p}}$ . Es gibt keine andere Bruchzahl der Form ${\frac {1}{p}}$ , welche die Periodenlänge $1$ hat. Somit ist $p=3$ eine einzigartige Primzahl.
Die Primzahl $p=11$ hat als Kehrwert den Bruch ${\frac {1}{11}}$ , dessen Dezimalbruchentwicklung ${\frac {1}{11}}=0{,}090909\ldots =0{,}{\overline {09}}$ ist. Die Periodenlänge von ${\frac {1}{11}}$ ist somit $2$ . Alle anderen Bruchzahlen mit einer Periodenlänge $2$ haben die Form $0{,}{\overline {xy}}=0{,}xyxyxyxy\ldots ={\frac {xy}{99}}$ , aber diesen Bruch kann man bestenfalls durch $3$ , durch $9$ , durch $11$ , durch $33$ oder durch $99$ kürzen und erhält die Nenner $33,11,9,3$ oder $1$ . Der einzige prime Nenner ist somit $p=11$ (denn der Bruch mit $p=3$ hat die Periodenlänge $1$ ). Es gibt also keine andere Bruchzahl der Form ${\frac {1}{p}}$ , welche die Periodenlänge $n=2$ hat. Somit ist $p=11$ eine einzigartige Primzahl.
Die Primzahl $p=41$ hat als Kehrwert den Bruch ${\frac {1}{41}}$ , dessen Dezimalbruchentwicklung ${\frac {1}{41}}=0{,}0243902439\ldots =0{,}{\overline {02439}}$ ist. Die Periodenlänge von ${\frac {1}{41}}$ ist somit $n=5$ . Allerdings hat auch die Primzahl $p=271$ als Kehrwert den Bruch ${\frac {1}{271}}=0{,}0036900369\ldots =0{,}{\overline {00369}}$ mit einer Periodenlänge $n=5$ . Somit ist weder die Primzahl $p=41$ noch die Primzahl $p=271$ eine einzigartige Primzahl.
Die kleinsten einzigartigen Primzahlen sind die folgenden:

3, 11, 37, 101, 9091, 9901, 333667, 909091, 99990001, 999999000001, 9999999900000001, 909090909090909091, 1111111111111111111, 11111111111111111111111, 900900900900990990990991, 909090909090909090909090909091, … (Folge A040017 in OEIS)

Die dazugehörigen Periodenlängen sind die folgenden:

1, 2, 3, 4, 10, 12, 9, 14, 24, 36, 48, 38, 19, 23, 39, 62, … (Folge A051627 in OEIS)

Beispiel:

Obigen beiden Listen kann man an der 10. Stelle die beiden Zahlen

999999000001

und

36

entnehmen. Somit hat der Bruch

{\frac {1}{p}}={\frac {1}{999999000001}}

die Periodenlänge

36

und es gibt keinen anderen Bruch der Form

{\frac {1}{q}}

mit

q\in \mathbb {P}

, der die Periodenlänge

36

hat.

Die 24. einzigartige Primzahl $p$ hat 128 Stellen und der dazugehörige Bruch ${\frac {1}{p}}$ eine Periodenlänge von 320. Die Primzahl $p$ lautet:

p=999\ldots 999000\ldots 000999\ldots 999000\ldots 0001

Diese Zahl beginnt mit 32 Neunen, gefolgt von 32 Nullen, danach kommen 32 Neunen und 32 Nullen und sie endet mit einer

1

. Man schreibt auch kurz

p=(9_{32}0_{32})_{2}+1)

.

Zurzeit sind mehr als 50 einzigartige Primzahlen (oder einzigartige PRP-Zahlen, also Zahlen, die sehr wahrscheinlich Primzahlen sind, die aber momentan noch zu groß sind, um sich absolut sicher zu sein) bekannt. Es gibt aber nur 18 einzigartige Primzahlen, welche kleiner als $10^{50}$ sind und 23 einzigartige Primzahlen, welche kleiner als $10^{100}$ sind.
Die momentan größte wahrscheinliche einzigartige Primzahl (Stand: 23. September 2022) ist die folgende:

p={\frac {10^{8177207}-1}{9}}

Sie hat

8177207

Stellen, ist eine Repunit und wurde im Mai 2021 von Serge Batalov und Ryan Propper entdeckt. Allerdings ist diese Zahl eine PRP-Zahl, das heißt, es noch nicht gesichert, ob sie wirklich prim ist oder nicht, weil sie so groß ist. Sie erfüllt aber viele Voraussetzungen für eine Primzahl.^[2]^[3]

Die momentan größte bewiesene einzigartige Primzahl (Stand: 23. September 2022) ist die folgende:

p=R(49081)={\frac {10^{49081}-1}{9}}=111\ldots 111

Sie ist eine Repunit, besteht aus

49081

Einsen, wurde schon im September 1999 von Harvey Dubner als PRP-Zahl erkannt^[2]^[4], aber erst 21 Jahre später am 21. März 2022 von Paul Underwood als tatsächliche Primzahl identifiziert.^[5]^[6]

Die zweitgrößte bewiesene einzigartige Primzahl (Stand: 24. Februar 2023) ist die folgende:

p=\Phi _{23178}(10000)={\frac {10^{30904}+1-10^{15452}}{99990001}}

Sie hat

30897

Stellen und wurde am 15. Oktober 2022 von Serge Batalov entdeckt.^[7] Man kann sie auch als

p=\Phi _{11589}(-10000)

darstellen. Dabei ist

\Phi _{n}(x)

das n-te Kreisteilungspolynom.

Es folgt eine Tabelle, der man entnehmen kann, welche Periodenlängen $n\leq 100$ zu welchen Bruchzahlen ${\frac {1}{p}}$ mit $p\in \mathbb {P}$ gehören. Einzigartige Primzahlen werden in gelben Zellen geschrieben:

Periodenlängen $n\leq 100$ und die dazugehörigen Bruchzahlen ${\frac {1}{p}}$ mit $p\in \mathbb {P}$

Perioden- länge $n$	Primzahl $p$	Perioden- länge $n$	Primzahl $p$	Perioden- länge $n$	Primzahl $p$	Perioden- länge $n$	Primzahl $p$	Perioden- länge $n$	Primzahl $p$
1	3	21	43, 1933, 10838689	41	83, 1231, 538987, 201763709900322803748657942361	61	733, 4637, 329401, 974293, 1360682471, 106007173861643, 7061709990156159479	81	163, 9397, 2462401, 676421558270641, 130654897808007778425046117
2	11	22	23, 4093, 8779	42	127, 2689, 459691	62	909090909090909090909090909091	82	2670502781396266997, 3404193829806058997303
3	37	23	11111111111111111111111	43	173, 1527791, 1963506722254397, 2140992015395526641	63	10837, 23311, 45613, 45121231, 1921436048294281	83	3367147378267, 9512538508624154373682136329, 346895716385857804544741137394505425384477
4	101	24	99990001	44	89, 1052788969, 1056689261	64	19841, 976193, 6187457, 834427406578561	84	226549, 4458192223320340849
5	41, 271	25	21401, 25601, 182521213001	45	238681, 4185502830133110721	65	162503518711, 5538396997364024056286510640780600481	85	262533041, 8119594779271, 4222100119405530170179331190291488789678081
6	7, 13	26	859, 1058313049	46	47, 139, 2531, 549797184491917	66	599144041, 183411838171	86	57009401, 2182600451, 7306116556571817748755241
7	239, 4649	27	757, 440334654777631	47	35121409, 316362908763458525001406154038726382279	67	493121, 79863595778924342083, 28213380943176667001263153660999177245677	87	4003, 72559, 310170251658029759045157793237339498342763245483
8	73, 137	28	29, 281, 121499449	48	9999999900000001	68	28559389, 1491383821, 2324557465671829	88	617, 16205834846012967584927082656402106953
9	333667	29	3191, 16763, 43037, 62003, 77843839397	49	505885997, 1976730144598190963568023014679333	69	277, 203864078068831, 1595352086329224644348978893	89	497867, 103733951, 104984505733, 5078554966026315671444089, 403513310222809053284932818475878953159
10	9091	30	211, 241, 2161	50	251, 5051, 78875943472201	70	4147571, 265212793249617641	90	29611, 3762091, 8985695684401
11	21649, 513239	31	2791, 6943319, 57336415063790604359	51	613, 210631, 52986961, 13168164561429877	71	241573142393627673576957439049, 45994811347886846310221728895223034301839	91	547, 14197, 17837, 4262077, 43442141653, 316877365766624209, 110742186470530054291318013
12	9901	32	353, 449, 641, 1409, 69857	52	521, 1900381976777332243781	72	3169, 98641, 3199044596370769	92	1289, 18371524594609, 4181003300071669867932658901
13	53, 79, 265371653	33	67, 1344628210313298373	53	107, 1659431, 1325815267337711173, 47198858799491425660200071	73	12171337159, 1855193842151350117, 49207341634646326934001739482502131487446637	93	900900900900900900900900900900990990990990990990990990990991
14	909091	34	103, 4013, 21993833369	54	70541929, 14175966169	74	7253, 422650073734453, 296557347313446299	94	6299, 4855067598095567, 297262705009139006771611927
15	31, 2906161	35	71, 123551, 102598800232111471	55	1321, 62921, 83251631, 1300635692678058358830121	75	151, 4201, 15763985553739191709164170940063151	95	191, 59281, 63841, 1289981231950849543985493631, 965194617121640791456070347951751
16	17, 5882353	36	999999000001	56	7841, 127522001020150503761	76	722817036322379041, 1369778187490592461	96	97, 206209, 66554101249, 75118313082913
17	2071723, 5363222357	37	2028119, 247629013, 2212394296770203368013	57	21319, 10749631, 3931123022305129377976519	77	5237, 42043, 29920507, 136614668576002329371496447555915740910181043	97	12004721, 846035731396919233767211537899097169, 109399846855370537540339266842070119107662296580348039
18	19, 52579	38	909090909090909091	58	59, 154083204930662557781201849	78	157, 6397, 216451, 388847808493	98	197, 5076141624365532994918781726395939035533
19	1111111111111111111	39	900900900900990990990991	59	2559647034361, 4340876285657460212144534289928559826755746751	79	317, 6163, 10271, 307627, 49172195536083790769, 3660574762725521461527140564875080461079917	99	199, 397, 34849, 362853724342990469324766235474268869786311886053883
20	3541, 27961	40	1676321, 5964848081	60	61, 4188901, 39526741	80	5070721, 19721061166646717498359681	100	60101, 7019801, 14103673319201, 1680588011350901

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Jede prime Repunit $R_{n}$ (also Primzahlen der Form $111\ldots 111$ mit $n$ Einsern) ist eine einzigartige Primzahl.

Beispiel:

Die folgende Liste gibt die

n

der momentan bekannten primen Repunits

R_{n}

an:

2, 19, 23, 317, 1031, 49081, 86453, 109297, 270343, 5794777, 8177207 (Folge A004023 in OEIS)

Dabei sind die letzten fünf Repunits

R_{86453},R_{109297},R_{270343},R_{5794777}

und

R_{8177207}

PRP-Zahlen, es ist also noch nicht gesichert, ob sie wirklich Primzahlen sind.^[2]

Die folgenden beiden Aussagen sind gleichwertig:^[6]^[8]^[9]

Die Primzahl $p$ ist eine einzigartige Primzahl mit Periode $n$ .
$p^{\alpha }={\frac {\Phi _{n}(10)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{n}(10),n)}}$ ist eine Potenz von $p$ , wobei $\Phi _{n}(x)$ das n-te Kreisteilungspolynom ist.

Spezialfall:

Ist

n\in \mathbb {P}

eine Primzahl, so gilt für das Kreisteilungspolynom

\Phi _{n}(x)

:

\Phi _{n}(x)=1+x+x^{2}+x^{3}+\ldots +x^{n-1}=\sum _{i=0}^{n-1}x^{i}

und somit ist

\Phi _{n}(10)=1+10+10^{2}+10^{3}+\ldots +10^{n-1}=\sum _{i=0}^{n-1}10^{i}

Somit gilt für oberen Satz:

p^{\alpha }={\frac {1+10+10^{2}+10^{3}+\ldots +10^{n-1}}{\operatorname {ggT} (1+10+10^{2}+10^{3}+\ldots +10^{n-1},n)}}={\frac {111\ldots 111}{\operatorname {ggT} (111\ldots 111,n)}}={\frac {R_{n}}{\operatorname {ggT} (R_{n},n)}}

, wobei

R_{n}

die

n

-te Repunit ist

Beispiel:

Sei die Periodenlänge

n=3\in \mathbb {P}

. Dann ist

p^{\alpha }={\frac {111}{\operatorname {ggT} (111,3)}}={\frac {111}{3}}=37

.

Obiger Liste von einzigartigen Primzahlen kann man entnehmen, dass für

p=37

die Periodenlänge tatsächlich

3

ist.

Normalfall:

Ist

n\not \in \mathbb {P}

keine Primzahl, so gilt für das Kreisteilungspolynom

\Phi _{n}(x)

:

\Phi _{n}(x)=\!\!\!\!\prod _{1\leq k\leq n \atop \operatorname {ggT} (k,n)=1}\!\!\!\!\left(x-e^{2\pi \cdot \mathrm {i} k/n}\right)

Beispiel 1:

Sei die Periodenlänge

n=9\not \in \mathbb {P}

. Dann ist

\Phi _{9}(x)=x^{6}+x^{3}+1

und es gilt:

p^{\alpha }={\frac {\Phi _{9}(10)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{9}(10),9)}}={\frac {10^{6}+10^{3}+1}{\operatorname {ggT} (10^{6}+10^{3}+1,9)}}={\frac {1001001}{\operatorname {ggT} (1001001,9)}}={\frac {1001001}{3}}=333667

.

Obiger Liste von einzigartigen Primzahlen kann man entnehmen, dass für

p=333667

die Periodenlänge tatsächlich

9

ist.

Beispiel 2:

Sei die Periodenlänge

n=1\not \in \mathbb {P}

. Dann ist

\Phi _{1}(x)=x-1

und es gilt:

p^{\alpha }={\frac {\Phi _{1}(10)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{1}(10),1)}}={\frac {10-1}{\operatorname {ggT} (10-1,9)}}={\frac {9}{\operatorname {ggT} (9,1)}}={\frac {9}{1}}=9=3^{2}

.

Obiger Liste von einzigartigen Primzahlen kann man entnehmen, dass für

p=3

die Periodenlänge tatsächlich

1

ist.

Beispiel 3:

Sei die Periodenlänge

n=6\not \in \mathbb {P}

. Dann ist

\Phi _{6}(x)=x^{2}-x+1

und es gilt:

p^{\alpha }={\frac {\Phi _{6}(10)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{6}(10),6)}}={\frac {10^{2}-10+1}{\operatorname {ggT} (10^{2}-10+1,6)}}={\frac {91}{\operatorname {ggT} (91,6)}}={\frac {91}{1}}=91

.

Es ist aber

91=7\cdot 13\not \in P

keine Primzahl, somit gibt es auch keine einzigartige Primzahl mit Periodenlänge

6

. Stattdessen haben die Dezimalbruchentwicklungen von

{\frac {1}{7}}

und

{\frac {1}{13}}

die Periodenlänge

n=6

.

Ungelöste Probleme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es wird vermutet, dass es unendlich viele einzigartige Primzahlen gibt (dies würde aus einer anderen mathematischen Vermutung folgern, nämlich dass es unendlich viele prime Repunits gibt).^[10]

Einzigartige Primzahlen im Dualsystem[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzigartige Primzahlen sind von der Basis abhängig, mit der gezählt wird. In den oberen Abschnitten wurden einzigartige Primzahlen zur Basis $b=10$ , also im Dezimalsystem betrachtet. In diesem Abschnitt werden einzigartige Primzahlen im Dualsystem, also mit Basis $b=2$ , behandelt.

Eine Primzahl $p\in \mathbb {P}$ ist eine einzigartige Primzahl zur Basis b=2, genau dann, wenn gilt:

Der Bruch ${\frac {1}{p}}$ hat zur Basis $b=2$ die Periodenlänge $n\geq 1$ . Es existiert keine weitere Primzahl $q\in \mathbb {P}$ , für die der Bruch ${\frac {1}{q}}$ zur Basis $b=2$ ebenfalls die Periodenlänge $n$ hat.

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine einzigartige Primzahl im Dualsystem ist die Zahl $p=5=4+1={\underline {1}}\cdot 2^{2}+{\underline {0}}\cdot 2^{1}+{\underline {1}}\cdot 2^{0}=101_{2}$ :

Es ist

{\begin{aligned}{\frac {1}{5}}=0,2&={\frac {0}{2}}+{\frac {0}{4}}+{\frac {1}{8}}+{\frac {1}{16}}+{\frac {0}{32}}+{\frac {0}{64}}+{\frac {1}{128}}+{\frac {1}{256}}+\ldots =0,125+0,0625+\ldots =\\&={\underline {0}}\cdot 2^{-1}+{\underline {0}}\cdot 2^{-2}+{\underline {1}}\cdot 2^{-3}+{\underline {1}}\cdot 2^{-4}+{\underline {0}}\cdot 2^{-5}+{\underline {0}}\cdot 2^{-6}+{\underline {1}}\cdot 2^{-7}+{\underline {1}}\cdot 2^{-8}+\ldots =0,00110011\ldots =0,{\overline {0011}}_{2}\end{aligned}}

eine im Dualsystem periodische Zahl mit Periodenlänge

n=4

. Es gibt keine weitere Primzahl

p

, deren Bruch

{\frac {1}{p}}

im Dualsystem eine Periodenlänge von

n=4

hat. Somit ist

p=5

eine einzigartige Primzahl im Dualsystem.

Für die Zahl $p=2={\underline {1}}\cdot 2^{1}+{\underline {0}}\cdot 2^{0}=10_{2}$ ist ${\frac {1}{p}}={\frac {1}{2}}=0,5={\underline {1}}\cdot 2^{-1}=0,1_{2}$ eine im Dualsystem nicht periodische Zahl (also mit Periodenlänge $n=0$ ). Es gibt zwar keine weitere Primzahl $p$ , deren Bruch ${\frac {1}{p}}$ im Dualsystem eine Periodenlänge von $n=0$ hat, trotzdem ist $p=2$ keine einzigartige Primzahl im Dualsystem, weil $n\geq 1$ sein muss.
Die kleinsten einzigartigen Primzahlen im Dualsystem sind die folgenden, jeweils im Dezimalsystem geschrieben:

3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 31, 41, 43, 73, 127, 151, 241, 257, 331, 337, 683, 2731, 5419, 8191, 43691, 61681, 65537, 87211, 131071, 174763, 262657, 524287, 599479, 2796203, 15790321, 18837001, 22366891, 715827883, 2147483647, 4278255361, … (Folge A144755 in OEIS)

Die dazugehörigen Periodenlängen sind die folgenden:

2, 4, 3, 10, 12, 8, 18, 5, 20, 14, 9, 7, 15, 24, 16, 30, 21, 22, 26, 42, 13, 34, 40, 32, 54, 17, 38, 27, 19, 33, 46, 56, 90, 78, 62, 31, 80, 120, 126, 150, 86, 98, 49, 69, 65, 174, 77, 93, 122, 61, 85, 192, 170, 234, 158, 165, 147, 129, 184, 89, 208, 312, … (Folge A247071 in OEIS)

Wenn man die einzigartigen Primzahlen im Dualsystem nach ihrer Periodenlänge

n

geordnet haben will, so erhält man die Folge A161509 in OEIS. Die sortierte Liste der dazugehörigen Periodenlängen

n

ist dann die Folge A161508 in OEIS.

Die momentan (Stand: 23. Dezember 2018) größte bekannte einzigartige Primzahl im Dualsystem ist die folgende:^[11]

p=2^{82589933}-1

Sie hat

24.862.048

Stellen und wurde am 21. Dezember 2018 von Patrick Laroche entdeckt. Sie ist auch gleichzeitig die größte bekannte Primzahl und dadurch auch gleichzeitig die größte bekannte Mersenne-Primzahl. Der dazugehörige Bruch

{\frac {1}{p}}

hat, im Dualsystem geschrieben, die Periodenlänge

n=82589933

und es gibt keine einzige weitere Primzahl

q\in \mathbb {P}

, dessen Bruch

{\frac {1}{q}}

dieselbe Periodenlänge hat.

Die momentan (Stand: 21. Juli 2018) größte bekannte einzigartige (aber noch nicht endgültig bewiesene) Primzahl im Dualsystem, welche nicht gleichzeitig Mersenne-Primzahl ist, ist die folgende:^[12]

p={\frac {2^{13372531}+1}{3}}

Sie hat

4.025.533

Stellen und wurde im September 2013 von Ryan Propper entdeckt. Sie ist allerdings noch zu groß, als dass man sicher sagen kann, dass es sich um eine Primzahl handelt. Sie erfüllt viele Primzahl-Eigenschaften und ist eine PRP-Zahl. Ist ihre Primalität bewiesen, so ist sie eine Wagstaff-Primzahl. Der dazugehörige Bruch

{\frac {1}{p}}

hat, im Dualsystem geschrieben, die Periodenlänge

n=2\cdot 13372531=26745062

und es gibt keine einzige weitere Primzahl

q\in \mathbb {P}

, dessen Bruch

{\frac {1}{q}}

dieselbe Periodenlänge hat.

Die momentan (Stand: 25. Oktober 2021) größte bekannte einzigartige (und auch bewiesene) Primzahl im Dualsystem, welche nicht gleichzeitig Mersenne-Primzahl ist, ist die folgende:^[13]

p={\frac {2^{95369}+1}{3}}

Sie hat

28709

Stellen und wurde am 3. August 2021 von Bill Allombert entdeckt. Sie ist die momentan größte bekannte Wagstaff-Primzahl. Der dazugehörige Bruch

{\frac {1}{p}}

hat, im Dualsystem geschrieben, die Periodenlänge

n=2\cdot 95369=190738

.

Die momentan (Stand: 21. Juli 2018) größte bekannte einzigartige Primzahl im Dualsystem, welche weder Mersenne-Primzahl noch Wagstaff-Primzahl (aber leider eine PRP-Zahl) ist, ist die folgende:^[14]

p={\frac {2^{4101572}+1}{17}}={\frac {16^{1025393}+1}{17}}

Sie hat

1.234.695

Stellen und wurde im August 2014 von Paul Bourdelais entdeckt.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Jede Fermatsche Primzahl $F_{n}=2^{2^{n}}+1$ ist eine einzigartige Primzahl im Dualsystem. Ihre Periodenlänge ist eine Zweierpotenz $2^{n}$ mit $n\in \mathbb {N} ,n>0$ .
Jede Mersenne-Primzahl $M_{n}=2^{n}-1$ ist eine einzigartige Primzahl im Dualsystem. Ihre Periodenlänge ist eine Primzahl $n\in \mathbb {P}$ .
Jede Wagstaff-Primzahl $p={\frac {2^{q}+1}{3}}$ ist eine einzigartige Primzahl im Dualsystem. Ihre Periodenlänge ist das Doppelte einer ungeraden Primzahl $n=2\cdot q$ mit $q\in \mathbb {P} ,q\geq 3$ .
Sei $n\not =1$ und $n\not =6$ eine natürliche Zahl. Dann gilt:

Es existiert mindestens eine Primzahl

p

, welche im Dualsystem die Periodenlänge

n

hat.

Beweis: Diese Aussage gilt wegen des Satzes von Zsigmondy

Sei $n>20$ eine natürliche Zahl mit $n\equiv 4{\pmod {8}}$ ( $n$ habe also die Form $n=8k+4$ mit $k\in \mathbb {N}$ ). Dann gilt:

Es existieren mindestens zwei Primzahlen

p_{1},p_{2}

, welche im Dualsystem die Periodenlänge

n

haben.

Somit ist

n\equiv 4{\pmod {8}}

niemals eine einzigartige Primzahl zur Basis

b=2

.

Beweis: Diese Aussage gilt wegen der Faktorisierung von Aurifeuille

Die folgenden beiden Aussagen sind gleichwertig:

Die Primzahl $p$ ist eine einzigartige Primzahl im Dualsystem mit Periode $n$ .
$p^{\alpha }={\frac {\Phi _{n}(2)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{n}(2),n)}}$ ist eine Potenz von $p$ mit $\alpha \in \mathbb {N}$ , wobei $\Phi _{n}(x)$ das n-te Kreisteilungspolynom ist.

Beispiel:

Die einzigen bekannten

n

, für welche obiger Zähler

\Phi _{n}(2)

zusammengesetzt, aber obiger Gesamtausdruck

{\frac {\Phi _{n}(2)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{n}(2),n)}}

prim ist, sind die folgenden:

18, 20, 21, 54, 147, 342, 602, 889

In diesen Fällen hat

\Phi _{n}(2)

offenbar einen Teiler, welcher auch Teiler von

n

ist.

Alle anderen bekannten einzigartigen Primzahlen zur Basis

b=2

haben die Form

\Phi _{n}(2)

.

Es ist noch keine Primzahl

p\in \mathbb {P}

bekannt, für die in obiger Formel

\alpha >1

ist. Für alle bekannten einzigartigen Primzahlen

p\in \mathbb {P}

im Dualsystem gilt

\alpha =1

.

Ungelöste Probleme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es wird vermutet, dass es unendlich viele einzigartige Primzahlen zur Basis $b=2$ gibt (dies würde aus einer anderen mathematischen Vermutung folgern, nämlich dass es unendlich viele Mersenne-Primzahlen gibt).
Es wird vermutet, dass es keine Wieferich-Primzahlen gibt, die gleichzeitig einzigartige Primzahlen im Dualsystem sind.

Einzigartige Primzahlen in anderen Zahlsystemen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine Primzahl $p\in \mathbb {P}$ ist eine einzigartige Primzahl zur Basis b, genau dann, wenn gilt:

Der Bruch ${\frac {1}{p}}$ hat zur Basis $b$ die Periodenlänge $n\geq 1$ . Es existiert keine weitere Primzahl $q\in \mathbb {P}$ , für die der Bruch ${\frac {1}{q}}$ zur Basis $b$ ebenfalls die Periodenlänge $n$ hat.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die folgenden drei Aussagen sind gleichwertig:

$p$ ist eine einzigartige Primzahl zur Basis $b$ (der Bruch ${\frac {1}{p}}$ hat zur Basis $b$ die Periodenlänge $n$ ).
$p$ ist der einzige Primteiler des n-ten Kreisteilungspolynoms $\Phi _{n}(b)$ , welche nicht die Periodenlänge $n$ teilt.
Fall 1: $b$ ist gerade:

R_{n}(b)={\frac {\Phi _{n}(b)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{n}(b),n)}}=p^{\alpha }

ist eine Potenz von

p

mit

\alpha \in \mathbb {N}

Fall 2:

b

ist ungerade:

R_{n}(b)={\frac {\Phi _{n}(b)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{n}(b),n)}}=2^{\beta }\cdot p^{\alpha }

ist eine Zweierpotenz mal einer Potenz von

p

mit

\alpha ,\beta \in \mathbb {N} ,\alpha >0,\beta \geq 0

Einzigartige Primzahlen im Dezimalsystem bzw. im Dualsystem fallen somit in den Fall 1.

Sei die Primzahl $p\in \mathbb {P}$ ein Teiler der Basis $b$ . Dann gilt:

Die Primzahl $p$ ist keine einzigartige Primzahl zur Basis $b$ .
Der Bruch ${\frac {1}{p}}$ hat zur Basis $b$ die Periodenlänge $n=0$ , hat also keine Periode.

Beweis der 1. Behauptung:

Wenn

p

Teiler der Basis

b

ist, ist

p

auch Teiler von

b^{n}

und somit nicht Teiler der um

1

größeren Zahl

b^{n}+1

. Also ist

p

zu

b^{n}-1

teilerfremd. Das Kreisteilungspolynom

\Phi _{n}(b)

ist aber so definiert, dass es

b^{n}-1

teilen muss. Somit ist auch

p

und

\Phi _{n}(b)

teilerfremd und es ist

p

somit auch kein Teiler von

{\frac {\Phi _{n}(b)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{n}(b),n)}}

. Also kann

p

keine einzigartige Primzahl zur Basis

b

sein.

\Box

Sei $n\in \mathbb {N}$ . Dann gilt:

Es existiert mindestens eine Primzahl

p\in \mathbb {P}

, für die

{\frac {1}{p}}

zur Basis

b

die Periodenlänge

n

hat, mit Ausnahme der folgenden Fälle:

$b=2$ und $n=1$ oder $n=6$
$n=2$ und $b=2^{k}-1$ mit $k\in \mathbb {N} ,k>0$

Beweis: Diese Aussage gilt wegen des Satzes von Zsigmondy

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es folgt eine Auflistung von Primzahlen $p$ , für die der Bruch ${\frac {1}{p}}$ bei gegebener Basis $b\leq 24$ die Periodenlänge $n\leq 24$ besitzt. Einzigartige Primzahlen werden in gelben Zellen geschrieben:

Primzahlen $p$ , für die der Bruch ${\frac {1}{p}}$ bei gegebener Basis $b\leq 24$ die Periodenlänge $n\leq 24$ hat (einzigartige Primzahlen werden in gelben Zellen geschrieben)

Periodenlänge n $\downarrow \quad$ Basis b $\quad \rightarrow$	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
1	es gibt keine	2	3	2	5	2, 3	7	2	3	2, 5	11	2, 3	13	2, 7	3, 5	2	17	2, 3	19	2, 5	3, 7	2, 11	23
2	3	es gibt keine	5	3	7	es gibt keine	3	5	11	3	13	7	3, 5	es gibt keine	17	3	19	5	3, 7	11	23	3	5
3	7	13	7	31	43	19	73	7, 13	37	7, 19	157	61	211	241	7, 13	307	7	127	421	463	13	7, 79	601
4	5	5	17	13	37	5	5, 13	41	101	61	5, 29	5, 17	197	113	257	5, 29	5, 13	181	401	13, 17	5, 97	5, 53	577
5	31	11	11, 31	11, 71	311	2801	31, 151	11, 61	41, 271	3221	22621	30941	11, 3761	11, 4931	11, 31, 41	88741	41, 2711	151, 911	11, 61, 251	40841	245411	292561	346201
6	es gibt keine	7	13	7	31	43	19	73	7, 13	37	7, 19	157	61	211	241	7, 13	307	7	127	421	463	13	7, 79
7	127	1093	43, 127	19531	55987	29, 4733	127, 337	547, 1093	239, 4649	43, 45319	659, 4943	5229043	8108731	1743463	29, 43, 113, 127	25646167	449, 80207	701, 70841	29, 71, 32719	43, 631, 3319	16968421	29, 5336717	29, 239, 28771
8	17	41	257	313	1297	1201	17, 241	17, 193	73, 137	7321	89, 233	14281	41, 937	17, 1489	65537	41761	113, 929	17, 3833	160001	97241	73, 3209	139921	331777
9	73	757	19, 73	19, 829	19, 2467	37, 1063	262657	19, 37, 757	333667	1772893	37, 80749	1609669	397, 18973	541, 21061	19, 37, 73, 109	19, 1270657	991, 34327	523, 29989	64008001	85775383	127, 297613	19, 7792003	19, 2017, 4987
10	11	61	41	521	11, 101	11, 191	11, 331	1181	9091	13421	19141	11, 2411	71, 101	31, 1531	61681	11, 71, 101	11, 9041	11, 2251	152381	185641	224071	31, 41, 211	11, 5791
11	23, 89	23, 3851	23, 89, 683	12207031	23, 3154757	1123, 293459	23, 89, 599479	23, 67, 661, 3851	21649, 513239	15797, 1806113	23, 266981089	23, 419, 859, 18041	67, 4027, 1154539	67, 463, 2333, 8537	23, 89, 397, 683, 2113	2141993519227	23, 199, 16127, 51217	104281, 62060021	10778947368421	17513875027111	67, 353, 1176469537	3937230404603	67, 7349, 134367047
12	13	73	241	601	13, 97	13, 181	37, 109	6481	9901	13, 1117	20593	28393	37, 1033	13, 3877	97, 673	83233	229, 457	13, 769	13, 12277	61, 3181	157, 1489	37, 7549	13, 73, 349
13	8191	797161	2731, 8191	305175781	3433, 760891	16148168401	79, 8191, 121369	398581, 797161	53, 79, 265371653	1093, 3158528101	477517, 20369233	53, 264031, 1803647	157, 29914249171	53, 157483, 16655159	53, 157, 1613, 2731, 8191	212057, 2919196853	79, 521, 29759719289	599, 29251, 133338869	3121, 142559, 9690539	79, 189437, 516094151	79, 2003, 85107437663	47691619, 480393499	53, 6553, 15913, 6895253
14	43	547	29, 113	29, 449	29, 197	113, 911	43, 5419	29, 16493	909091	1623931	211, 13063	29, 22079	7027567	10678711	15790321	22796593	32222107	197, 226871	827, 10529	81867661	29, 43, 86969	71, 673, 2969	183458857
15	151	4561	151, 331	181, 1741	1171, 1201	31, 159871	631, 23311	31, 271, 4561	31, 2906161	195019441	61, 661, 9781	4651, 161971	31, 2851, 15511	61, 39225301	61, 151, 331, 1321	6566760001	31, 601, 558721	31, 211, 2460181	31, 3001, 261451	211, 9391, 18181	61, 858794191	74912328481	241, 17881, 24481
16	257	17, 193	65537	17, 11489	17, 98801	17, 169553	97, 257, 673	21523361	17, 5882353	17, 6304673	17, 97, 260753	407865361	17, 5393, 16097	7121, 179953	641, 6700417	18913, 184417	97, 113607841	15073, 563377	17, 1505882353	62897, 300673	17, 3227992561	17, 3697, 623009	17, 2801, 2311681
17	131071	1871, 34511	43691, 131071	409, 466344409	239, 409, 1123, 30839	14009, 2767631689	103, 2143, 11119, 131071	103, 307, 1021, 1871, 34511	2071723, 5363222357	50544702849929377	2693651, 74876782031	103, 443, 15798461357509	103, 22771730193675277	1045002649, 6734509609	137, 953, 26317, 43691, 131071	10949, 1749233, 2699538733	7563707819165039903	3044803, 99995282631947	689852631578947368421	1502097124754084594737	239, 74729519, 176634767651	103, 62246266355102810647	307, 120574031, 341563234253
18	19	19, 37	37, 109	5167	46441	117307	87211	530713	19, 52579	590077	1657, 1801	19, 271, 937	19, 132049	19, 739, 811	433, 38737	1423, 5653	73, 465841	199, 236377	307, 69481	19, 37, 199, 613	19, 5966803	163, 271, 1117	127, 199, 7561
19	524287	1597, 363889	174763, 524287	191, 6271, 3981071	191, 638073026189	419, 4534166740403	32377, 524287, 1212847	1597, 2851, 101917, 363889	1111111111111111111	6115909044841454629	29043636306420266077	12865927, 9468940004449	459715689149916492091	4272113, 370649274902657	229, 457, 174763, 524287, 525313	229, 1103, 202607147, 291973723	6841, 6089884909802812423	109912203092239643840221	75368484119, 192696104561	12061389013, 54921106624003	45943, 341203, 97404596002423	2129, 63877469, 24939218613613	7282588256957615350925401
20	41	1181	61681	41, 9161	241, 6781	281, 4021	41, 61, 1321	42521761	3541, 27961	212601841	85403261	421, 601, 641	1061, 1383881	19421, 131381	4278255361	21881, 63541	15101, 145501	16936647121	41, 2801, 222361	41, 920421641	181, 401, 150901	61, 941, 272341	61, 1801385941
21	337	368089	337, 5419	379, 519499	1822428931	11898664849	92737, 649657	43, 2269, 368089	43, 1933, 10838689	1723, 8527, 27763	8177824843189	43, 337, 547, 2714377	43, 547, 2239000891	43, 2817034275427	337, 1429, 5419, 14449	43, 13567, 940143709	156107192084257	30640261, 68443621	460951, 8442733531	4789, 6427, 227633407	12271836836138419	43, 170689, 408030421	43, 10426753, 78066619
22	683	67, 661	397, 2113	23, 67, 5281	51828151	23, 10746341	67, 683, 20857	5501, 570461	23, 4093, 8779	23, 89, 199, 58367	57154490053	128011456717	23, 11737870057	23, 23504771357	353, 2931542417	23, 947, 87415373	536801, 6301307	23, 253239693257	23, 424016563147	23, 6073, 10362529	89, 285451051007	39700406579747	60867245726761
23	47, 178481	47, 1001523179	47, 178481, 2796203	8971, 332207361361	47, 139, 3221, 7505944891	47, 3083, 31479823396757	47, 178481, 10052678938039	47, 1001523179, 23535794707	11111111111111111111111	829, 28878847, 3740221981231	47, 39891250417, 321218438243	1381, 2519545342349331183143	47, 461, 2347, 10627, 2249861, 14525237	829, 31741, 3046462151831565769	47, 277, 1013, 1657, 30269, 178481, 2796203	47, 26552618219228090162977481	47, 599, 7468009, 20801237997245359	277, 2347, 16497763013, 1335495402823	691, 1381, 46266279097921483078651	47, 19597, 139870566115103282847737	4463, 1323064018651, 60575166785239	461, 1289, 831603031789, 1920647391913	47, 124799, 304751, 58769065453824529
24	241	6481	97, 673	390001	1678321	73, 193, 409	433, 38737	97, 577, 769	99990001	10657, 20113	193, 2227777	815702161	1475750641	2562840001	193, 22253377	73, 1321, 72337	11019855601	4297, 3952393	31177, 821113	73, 518118697	191353, 286777	937, 83575993	97, 1134793633

Die Primzahlen $p\in \mathbb {P}$ für die Basis $b=2$ kann man mit aufsteigender Periodenlänge $n=2,3,4,\ldots$ auch der Folge A108974 in OEIS entnehmen.

Es folgt eine Auflistung der Periodenlängen $n$ von Bruchzahlen der Form ${\frac {1}{p}}$ mit den ersten 34 Primzahlen $p\leq 139$ zu verschiedensten Basen $b\leq 24$ . Wenn die Primzahl $p$ ein Teiler der Basis $b$ ist, endet die Dezimalbruchentwicklung, die Periodenlänge beträgt somit $0$ . Ist die Primzahl $p$ eine einzigartige Primzahl zur Basis $b$ , so wird die Periodenlänge $n$ in einer gelben Zelle geschrieben:

Periodenlängen $n$ von ${\frac {1}{p}}$ (mit $p\leq 139$ ) bei gegebener Basis $b\leq 24$ (dabei bedeutet $0$ , dass die Primzahl $p$ Teiler der Basis $b$ ist)

Primzahl $p$ $\downarrow \quad$ Basis $b\rightarrow$	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
2	$0$	1	$0$	1	$0$	1	$0$	1	$0$	1	$0$	1	$0$	1	$0$	1	$0$	1	$0$	1	$0$	1	$0$
3	2	$0$	1	2	$0$	1	2	$0$	1	2	$0$	1	2	$0$	1	2	$0$	1	2	$0$	1	2	$0$
5	4	4	2	$0$	1	4	4	2	$0$	1	4	4	2	$0$	1	4	4	2	$0$	1	4	4	2
7	3	6	3	6	2	$0$	1	3	6	3	6	2	$0$	1	3	6	3	6	2	$0$	1	3	6
11	10	5	5	5	10	10	10	5	2	$0$	1	10	5	5	5	10	10	10	5	2	$0$	1	10
13	12	3	6	4	12	12	4	3	6	12	2	$0$	1	12	3	6	4	12	12	4	3	6	12
17	8	16	4	16	16	16	8	8	16	16	16	4	16	8	2	$0$	1	8	16	4	16	16	16
19	18	18	9	9	9	3	6	9	18	3	6	18	18	18	9	9	2	$0$	1	18	18	9	9
23	11	11	11	22	11	22	11	11	22	22	11	11	22	22	11	22	11	22	22	22	2	$0$	1
29	28	28	14	14	14	7	28	14	28	28	4	14	28	28	7	4	28	28	7	28	14	7	7
31	5	30	5	3	6	15	5	15	15	30	30	30	15	10	5	30	15	15	15	30	30	10	30
37	36	18	18	36	4	9	12	9	3	6	9	36	12	36	9	36	36	36	36	18	36	12	36
41	20	8	10	20	40	40	20	4	5	40	40	40	8	40	5	40	5	40	20	20	40	10	40
43	14	42	7	42	3	6	14	21	21	7	42	21	21	21	7	21	42	42	42	7	14	21	21
47	23	23	23	46	23	23	23	23	46	46	23	46	23	46	23	23	23	46	46	23	46	46	23
53	52	52	26	52	26	26	52	26	13	26	52	13	52	13	13	26	52	52	52	52	52	4	13
59	58	29	29	29	58	29	58	29	58	58	29	58	58	29	29	29	58	29	29	29	29	58	58
61	60	10	30	30	60	60	20	5	60	4	15	3	6	15	15	60	60	30	5	12	15	20	20
67	66	22	33	22	33	66	22	11	33	66	66	66	11	11	33	33	66	33	66	33	11	33	11
71	35	35	35	5	35	70	35	35	35	70	35	70	10	35	35	10	35	35	7	70	70	14	35
73	9	12	9	72	36	24	3	6	8	72	36	72	72	72	9	24	18	36	72	24	8	36	12
79	39	78	39	39	78	78	13	39	13	39	26	39	26	26	39	26	13	39	39	13	13	3	6
83	82	41	41	82	82	41	82	41	41	41	41	82	82	82	41	41	82	82	82	41	82	41	82
89	11	88	11	44	88	88	11	44	44	22	8	88	88	88	11	44	44	88	44	44	22	88	88
97	48	48	24	96	12	96	16	24	96	48	16	96	96	96	12	96	16	32	32	96	4	96	24
101	100	100	50	25	10	100	100	50	4	100	100	50	10	100	25	10	100	25	50	50	50	50	25
103	51	34	51	102	102	51	17	17	34	102	102	17	17	51	51	51	51	51	102	102	34	17	34
107	106	53	53	106	106	106	106	53	53	53	53	53	53	106	53	106	106	53	106	106	106	53	106
109	36	27	18	27	108	27	12	27	108	108	54	108	108	27	9	36	108	36	54	27	27	36	108
113	28	112	14	112	112	14	28	56	112	56	112	56	28	4	7	112	8	112	112	112	56	112	112
127	7	126	7	42	126	126	7	63	42	63	126	63	126	63	7	63	63	3	6	63	9	126	18
131	130	65	65	65	130	65	130	65	130	65	65	65	130	65	65	130	26	26	65	65	130	130	26
137	68	136	34	136	136	68	68	68	8	68	136	136	34	34	17	68	34	68	136	136	34	136	136
139	138	138	69	69	23	69	46	69	46	69	138	69	46	138	69	138	138	138	69	138	138	46	69

Nun folgt eine Tabelle, der man die kleinsten Periodenlängen $n$ (bis inklusive $n=600$ ) entnehmen kann, für die der Bruch ${\frac {1}{p}}$ mit $p\in \mathbb {P}$ eine einzigartige Länge hat. Es gibt somit keine andere Primzahl $q\in \mathbb {P}$ zur gegebenen Basis $b\leq 24$ mit der gleichen Periodenlänge. Außerdem wird jeweils auch die dazugehörige einzigartige Primzahl $p$ angegeben, deren Bruch ${\frac {1}{p}}$ diese Periodenlänge $n$ hat.

die kleinsten Periodenlängen $n\leq 600$ für den Bruch ${\frac {1}{p}}$ von einzigartigen Primzahlen $p\in \mathbb {P}$ zur Basis $b\leq 24$ und die dazugehörigen Primzahlen $p\in \mathbb {P}$

Basis $b$	die kleinsten Periodenlängen $n\leq 600$ von einzigartigen Primzahlen $p$ zur Basis $b\leq 24$	OEIS-Folge
Basis $b$	die dazugehörigen einzigartigen Primzahlen $p$ mit diesen Periodenlängen $n\leq 600$	OEIS-Folge
2	2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 26, 27, 30, 31, 32, 33, 34, 38, 40, 42, 46, 49, 54, 56, 61, 62, 65, 69, 77, 78, 80, 85, 86, 89, 90, 93, 98, 107, 120, 122, 126, 127, 129, 133, 145, 147, 150, 158, 165, 170, 174, 184, 192, 195, 202, 208, 234, 254, 261, 280, 296, 312, 322, 334, 342, 345, 366, 374, 382, 398, 410, 414, 425, 447, 471, 507, 521, 550, 567, 579, 590, 600, …	Folge A161508 in OEIS
2	3, 7, 5, 31, 127, 17, 73, 11, 13, 8191, 43, 151, 257, 131071, 19, 524287, 41, 337, 683, 241, 2731, 262657, 331, 2147483647, 65537, 599479, 43691, 174763, 61681, 5419, 2796203, 4432676798593, 87211, 15790321, 2305843009213693951, 715827883, 145295143558111, 10052678938039, 581283643249112959, 22366891, 4278255361, 9520972806333758431, 2932031007403, 618970019642690137449562111, …	Folge A161509 in OEIS
3	1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 20, 21, 24, 26, 32, 33, 36, 40, 46, 60, 63, 64, 70, 71, 72, 86, 103, 108, 128, 130, 132, 143, 145, 154, 161, 236, 255, 261, 276, 279, 287, 304, 364, 430, 464, 513, 528, 541, 562, …
3	2, 13, 5, 11, 7, 1093, 41, 757, 61, 73, 797161, 547, 4561, 1181, 368089, 6481, 398581, 21523361, 2413941289, 530713, 42521761, 23535794707, 47763361, 144542918285300809, 926510094425921, 374857981681, 3754733257489862401973357979128773, 282429005041, 82064241848634269407, 6957596529882152968992225251835887181478451547013, …
4	1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 28, 40, 60, 92, 96, 104, 140, 148, 156, 300, 356, 408, 596, …
4	3, 5, 7, 17, 13, 257, 41, 241, 65537, 61681, 15790321, 4278255361, 4562284561, 291280009243618888211558641, 18446744069414584321, 78919881726271091143763623681, 84179842077657862011867889681, 20988936657440586486151264256610222593863921, 84159375948762099254554456081, 1461503031127477825099979369543473122548042956801, …
5	1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 18, 24, 28, 47, 48, 49, 56, 57, 88, 90, 92, 108, 110, 116, 120, 127, 134, 141, 149, 161, 171, 181, 198, 202, 206, 236, 248, 288, 357, 384, 420, 458, 500, 530, 536, …
5	2, 3, 31, 13, 7, 19531, 313, 521, 12207031, 601, 305175781, 5167, 390001, 234750601, 177635683940025046467781066894531, 152587500001, 227376585863531112677002031251, 59509429687890001, 11735415506748076408140121, 9080418348371887359375390001, 60081451169922001, 5465713352000770660547109750601, 14551915228363037109375001, …
6	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 18, 21, 22, 24, 29, 30, 42, 50, 62, 71, 86, 90, 94, 118, 124, 127, 129, 144, 154, 186, 192, 214, 271, 354, 360, 411, 480, 509, 558, 575, …
6	5, 7, 43, 37, 311, 31, 55987, 1297, 46441, 1822428931, 51828151, 1678321, 7369130657357778596659, 1950271, 2527867231, 3655688315536801, 189491931189200021056951, 3546245297457217493590449191748546458005595187661976371, 412482688627178079807598675848631, 4760317816590150361, …
7	3, 4, 5, 6, 8, 13, 18, 21, 28, 30, 34, 36, 46, 48, 50, 54, 55, 58, 63, 76, 84, 94, 105, 122, 131, 148, 149, 224, 280, 288, 296, 332, 352, 456, 528, 531, 581, …
7	19, 5, 2801, 43, 1201, 16148168401, 117307, 11898664849, 13564461457, 6568801, 29078814248401, 13841169553, 3421093417510114543, 33232924804801, 79787519018560501, 1628413557556843, 5457586804596062091175455674392801, 402488219476647465854701, 2643999917660728787808396988849, 2598696228942460402343442913969, 195489390796456327201, …
8	1, 2, 3, 6, 9, 18, 30, 42, 78, 87, 114, 138, 189, 303, 318, 330, 408, 462, 504, 561, …
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9	1, 2, 4, 6, 10, 12, 16, 18, 20, 30, 32, 36, 54, 64, 66, 118, 138, 152, 182, 232, 264, 336, 340, 380, 414, 446, 492, 540, …
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10	3, 11, 37, 101, 333667, 9091, 9901, 909091, 1111111111111111111, 11111111111111111111111, 99990001, 999999000001, 909090909090909091, 900900900900990990990991, 9999999900000001, 909090909090909090909090909091, 900900900900900900900900900900990990990990990990990990990991, 9090909090909090909090909090909090909090909090909091, 100009999999899989999000000010001, 909090909090909090909090909090909090909090909090909090909090909091, 10000099999999989999899999000000000100001, 999999999999990000000000000099999999999999000000000000009999999999999900000000000001, 142857157142857142856999999985714285714285857142857142855714285571428571428572857143, …	Folge A007615 in OEIS
11	2, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 14, 15, 17, 18, 19, 20, 27, 36, 42, 45, 52, 60, 73, 91, 104, 139, 205, 234, 246, 318, 358, 388, 403, 458, 552, …
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12	1, 2, 3, 5, 10, 12, 19, 20, 21, 22, 56, 60, 63, 70, 80, 84, 92, 97, 109, 111, 123, 164, 189, 218, 276, 317, 353, 364, 386, 405, 456, 511, …
12	11, 13, 157, 22621, 19141, 20593, 29043636306420266077, 85403261, 8177824843189, 57154490053, 79493013628273739882868481, 186168115009253521, 708391688852136898302887193094373767489, 86121235964912696227980301, 34182189107670005092862256297738241, 80048881834094656438235281, 302669957628317561107372328495588758678132736113, …
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20	19, 421, 401, 127, 160001, 64008001, 152381, 10778947368421, 689852631578947368421, 26876632021, 628292358238289452269193508271835428805485714102857143, 10995116277758926258176000104857599999989760000000001, 11544868483876542417134734645670674427914239932800021, 68728066670457765494784262143995903488000008001, …
21	2, 3, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 14, 17, 26, 43, 64, 74, 81, 104, 192, 271, 321, 335, 348, 404, 437, 445, 516, …
21	11, 463, 40841, 421, 97241, 85775383, 185641, 17513875027111, 81867661, 1502097124754084594737, 7021471715414521, 35842614220783025524408588074144786493150233831596714503, 1023263388750334684164671319051311082339521, 379919184478057330357419845346252603881265273961, …
22	2, 3, 5, 6, 7, 10, 21, 25, 26, 69, 79, 86, 93, 100, 101, 154, 158, 161, 171, 202, 214, 294, 354, 359, 424, 454, …
22	23, 13, 245411, 463, 16968421, 224071, 12271836836138419, 705429635566498619547944801, 12296089473177511, 111284674149221479321933039375712865638979268198676574953779, 536009503964613991286957683005287140685493324523698332668846831791767500295593367113600925667991227216067, …
23	2, 5, 6, 8, 11, 15, 22, 26, 39, 42, 45, 54, 56, 132, 134, 145, 147, 196, 212, 218, 252, 343, 580, …
23	3, 292561, 13, 139921, 3937230404603, 74912328481, 39700406579747, 21001515080686141, 459408054528299360264076035007841, 22865554874031409, 480211292412647894626919619228001, 1081383636631149044212969, 480249047846803230704957710381921, 2950758285992728866481208896744379674128936788494711201, …
24	1, 2, 3, 4, 5, 8, 14, 19, 22, 38, 45, 53, 54, 70, 71, 117, 140, 144, 169, 186, 192, 195, 196, 430, …
24	23, 5, 601, 577, 346201, 331777, 183458857, 7282588256957615350925401, 60867245726761, 6699981196401006122851369, 1333639297121560770726162830707201, 615840114784814774501200690134862345946783236130283731411280186824640601, 6979147079581739570429953, 1389307926104143220565076487602201, …

Bi-Einzigartige Primzahlen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die beiden Primzahlen $p_{1}\in \mathbb {P}$ und $p_{2}\in \mathbb {P}$ nennt man bi-einzigartige Primzahlen (vom englischen bi-unique prime), wenn gilt:

Die beiden Bruchzahlen ${\frac {1}{p_{1}}}$ und ${\frac {1}{p_{2}}}$ haben die gleiche Periodenlänge $n$
Es gibt keine andere Primzahl $q\in \mathbb {P}$ , sodass ${\frac {1}{q}}$ diese Periodenlänge $n$ besitzt

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sei die Basis $b=10$ und die Periodenlänge $n=6$ . Dann gilt für das Kreisteilungspolynom $\Phi _{n}(b)$ und für $R_{n}(b)$ :

\Phi _{n}(b)=\Phi _{6}(10)=10^{2}-10+1=91

R_{n}(b)=R_{6}(10)={\frac {\Phi _{n}(b)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{n}(b),n)}}={\frac {91}{\operatorname {ggT} (91,6)}}={\frac {91}{1}}=91=7\cdot 13

Somit haben

p_{1}=7

und

p_{2}=13

die gleiche Periodenlänge

n=6

(im Speziellen ist

{\frac {1}{7}}=0,{\overline {142857}}

und

{\frac {1}{13}}=0,{\overline {076923}}

). Die beiden Primzahlen

p_{1}=7

und

p_{2}=13

sind also bi-einzigartige Primzahlen zur Basis

b=10

.

Sei die Basis $b=2$ und die Periodenlänge $n=11$ . Dann gilt für das Kreisteilungspolynom $\Phi _{n}(b)$ und für $R_{n}(b)$ :

\Phi _{n}(b)=\Phi _{11}(2)=2^{10}+2^{9}+2^{8}+2^{7}+2^{6}+2^{5}+2^{4}+2^{3}+2^{2}+2^{1}+1=2047

R_{n}(b)=R_{11}(2)={\frac {\Phi _{n}(b)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{n}(b),n)}}={\frac {2047}{\operatorname {ggT} (2047,11)}}={\frac {2047}{1}}=2047=23\cdot 89

Somit haben

p_{1}=23

und

p_{2}=89

die gleiche Periodenlänge

n=11

(im Speziellen ist

{\frac {1}{23}}=0,{\overline {00001011001}}_{2}

und

{\frac {1}{89}}=0,{\overline {00000010111}}_{2}

). Die beiden Primzahlen

p_{1}=23

und

p_{2}=89

sind also bi-einzigartige Primzahlen zur Basis

b=2

.

Es gibt 1228 ungerade Primzahlen unter 10000, aber nur 21 von ihnen sind im Binärsystem einzigartig und 76 von ihnen sind bi-einzigartig.
Die beiden Primfaktoren $p_{1}$ (143 Stellen) und $p_{2}$ (177 Stellen) der Mersenne-Zahl $M_{1061}=2^{1061}-1$ sind bi-einzigartige Primzahlen zur Basis $b=2$ mit einer Periodenlänge $n=1061$ . Die beiden Primzahlen lauten:

p_{1}=46817226351072265620777670675006972301618979214252832875068976303839400413682313921168154465151768472420980044715745858522803980473207943564433

p_{2}=527739642811233917558838216073534609312522896254707972010583175760467054896492872702786549764052643493511382273226052631979775533936351462037464331880467187717179256707148303247

Die momentan (Stand: 18. August 2018) größte bekannte bi-einzigartige Primzahl ist momentan noch eine PRP-Zahl (also wegen ihrer Größe nur sehr wahrscheinlich eine Primzahl) und lautet:

p_{1}={\frac {2^{5240707}-1}{75392810903}}

Sie wurde im Juli 2016 von Tony Prest entdeckt und hat 1577600 Stellen.^[15] Die Periodenlänge ist

n=5240707

, die dazugehörige Primzahl

p_{2}=75392810903

.

Die folgenden beiden Listen geben die kleinsten bi-einzigartigen Primzahlen $p_{1}$ und $p_{2}$ zu den Basen $b=2$ bzw. $b=10$ an, für die sowohl ${\frac {1}{p_{1}}}$ als auch ${\frac {1}{p_{2}}}$ die gleiche Periodenlänge $n$ besitzt:

die kleinsten bi-einzigartigen Primzahlen $p_{1}$ und $p_{2}$ zu den Basen $b=2$ bzw. $b=10$ , für die sowohl ${\frac {1}{p_{1}}}$ als auch ${\frac {1}{p_{2}}}$ die gleiche Periodenlänge $n$ besitzt

bi-einzigartige Primzahlen zur Basis $b=2$ (Dualsystem)
Primzahl $p_{1}$	Primzahl $p_{2}$	Perioden- länge $n$
23	89	011
29	113	028
37	109	036
47	178481	023
59	3033169	058
61	1321	060
67	20857	066
71	122921	035
79	121369	039
83	8831418697	082
89	23	011
97	673	048
107	28059810762433	106
109	37	036
113	29	028
139	168749965921	138
167	57912614113275649087721	083
193	22253377	096
223	616318177	037
251	4051	050
263	10350794431055162386718619237468234569	131
281	86171	070
283	165768537521	094
353	2931542417	088
397	2113	044
433	38737	072
463	4982397651178256151338302204762057	231
571	160465489	114
577	487824887233	144
601	1801	025
607	1512768222413735255864403005264105839324374778520631853993	303
631	23311	045
641	6700417	064
643	84115747449047881488635567801	214
673	97	048
727	1786393878363164227858270210279	121
751	2139731020464054092520609592459940706818275139793055476751	375
769	442499826945303593556473164314770689	384
919	75582488424179347083438319	153

bi-einzigartige Primzahlen zur Basis $b=10$ (Dezimalsystem)
Primzahl $p_{1}$	Primzahl $p_{2}$	Perioden- länge $n$
7	13	006
13	7	006
17	5882353	016
19	52579	018
31	2906161	015
41	271	005
59	154083204930662557781201849	058
67	1344628210313298373	033
73	137	008
131	8396862596258693901610602298557167100076327481	130
137	73	008
197	5076141624365532994918781726395939035533	098
239	4649	007
271	41	005
521	1900381976777332243781	052
593	1686340623946037268128160202360893760539460370996627318701517706745362561551433406408094266441822934232698145025463743674536256340640809274873526138279915682968128161887015177082630691231028669477234384485666273187182124789224283305059021924114671146711635919055647554806087689713153457	592
617	16205834846012967584927082656402106953	088
619	1775284489339416641516803067691597578511956541035700971080615668660902909691278027303875446040227946528253652647836815849739920822311775462017788350583180954747998366738269807736689804541177723730227769	618
659	1669195584218529590286646434157814854324736115309393021412746417147209575112122913673899831396223233670544614736130332153279379512729727027480863261018377995279044174675248693324903049907283780136568875569212594823808802899848086342960546280576631426403625189683004552185129	658
691	15918798843849477568899983937931966555877132981347465830696251648192619376266439940521	230
709	14245401833582651607757419040888434428913949083230042298871664456967418914104358110028349774189012834964598039633272071932441466712270946403242595346967417489564174751763188998447108746121155148238363750352751762904090410437093089	708
757	440334654777631	027
859	1058313049	026
881	11351872871736662882973881952326901248582292849023836549375698070374687854710556299659477866174801360953461975027241770726447219069239499432349602724177071521	440

Tri-Einzigartige Primzahlen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Analog zu den bi-einzigartigen Primzahlen kann man auch tri-einzigartige Primzahlen definieren:

Die drei Primzahlen $p_{1},p_{2},p_{3}\in \mathbb {P}$ nennt man tri-einzigartige Primzahlen (vom englischen tri-unique prime), wenn gilt:

Die drei Bruchzahlen ${\frac {1}{p_{1}}},{\frac {1}{p_{2}}}$ und ${\frac {1}{p_{3}}}$ haben die gleiche Periodenlänge $n$
Es gibt keine andere Primzahl $q\in \mathbb {P}$ , sodass ${\frac {1}{q}}$ diese Periodenlänge $n$ besitzt

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sei die Basis $b=10$ und die Periodenlänge $n=13$ . Dann gilt für das Kreisteilungspolynom $\Phi _{n}(b)$ und für $R_{n}(b)$ :

\Phi _{n}(b)=\Phi _{13}(10)=\sum _{i=0}^{12}10^{i}=1.111.111.111.111

R_{n}(b)=R_{13}(10)={\frac {\Phi _{n}(b)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{n}(b),n)}}={\frac {\Phi _{13}(10)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{13}(10),13)}}={\frac {\Phi _{13}(10)}{1}}=1.111.111.111.111=53\cdot 79\cdot 265371653

Somit haben

p_{1}=53

,

p_{2}=79

und

p_{3}=265371653

die gleiche Periodenlänge

n=13

. Die drei Primzahlen

p_{1}=53

,

p_{2}=79

und

p_{3}=265371653

sind also tri-einzigartige Primzahlen zur Basis

b=10

.

Sei die Basis $b=2$ und die Periodenlänge $n=29$ . Dann gilt für das Kreisteilungspolynom $\Phi _{n}(b)$ und für $R_{n}(b)$ :

\Phi _{n}(b)=\Phi _{29}(2)=\sum _{i=0}^{28}2^{i}=536870911

R_{n}(b)=R_{29}(2)={\frac {\Phi _{n}(b)}{\operatorname {ggT} (\Phi _{n}(b),n)}}={\frac {536870911}{\operatorname {ggT} (536870911,29)}}={\frac {536870911}{1}}=536870911=233\cdot 1103\cdot 2089

Somit haben

p_{1}=233

,

p_{2}=1103

und

p_{3}=2089

die gleiche Periodenlänge

n=29

. Die drei Primzahlen

p_{1}=233

,

p_{2}=1103

und

p_{3}=2089

sind also tri-einzigartige Primzahlen zur Basis

b=2

.

Die folgenden beiden Listen geben die kleinsten tri-einzigartigen Primzahlen $p_{1},p_{2}$ und $p_{3}$ zur Basis $b=2$ bis $p<1000$ bzw. zur Basis $b=10$ bis $n\leq 200$ an, für die sowohl ${\frac {1}{p_{1}}},{\frac {1}{p_{2}}}$ als auch ${\frac {1}{p_{3}}}$ die gleiche Periodenlänge $n$ besitzt:

die kleinsten tri-einzigartigen Primzahlen $p_{1},p_{2}$ und $p_{3}$ zur Basis $b=2$ , für die sowohl ${\frac {1}{p_{1}}},{\frac {1}{p_{2}}}$ als auch ${\frac {1}{p_{3}}}$ die gleiche Periodenlänge $n$ besitzt

tri-einzigartige Primzahlen zur Basis $b=2$ (Dualsystem)
Primzahl $p_{1}$	Primzahlen $p_{2},p_{3}$	Perioden- länge $n$
53	157, 1613	052
101	8101, 268501	100
103	2143, 11119	051
131	409891, 7623851	130
137	953, 26317	068
157	53, 1613	052
163	135433, 272010961	162
179	62020897, 18584774046020617	178
181	54001, 29247661	180
191	420778751, 30327152671	095
197	19707683773, 4981857697937	196
199	153649, 33057806959	099
211	664441, 1564921	210
229	457, 525313	076
233	1103, 2089	029
271	348031, 49971617830801	135
307	2857, 6529	102
317	381364611866507317969, 604462909806215075725313	316
359	1433, 1489459109360039866456940197095433721664951999121	179
367	55633, 37201708625305146303973352041	183
373	951088215727633, 4611545283086450689	372
419	3410623284654639440707, 1607792018780394024095514317003	418
421	146919792181, 1041815865690181	420
431	9719, 2099863	043
439	2298041, 9361973132609	073
443	4714692062809, 4507513575406446515845401458366741487526913	442
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Einzigartige Primzahl

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ungelöste Probleme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzigartige Primzahlen im Dualsystem[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ungelöste Probleme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzigartige Primzahlen in anderen Zahlsystemen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bi-Einzigartige Primzahlen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Tri-Einzigartige Primzahlen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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