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第33个费马数的逆序数字合数性及无计算前提下素因子判定问询

第33个费马数的逆序数字合数性及无计算前提下素因子判定问询

嘿,这个问题真的很有意思——要判断超大的$F_{33}=2{2{33}}+1$的逆序数是否为合数,还不能直接计算它,对吧?先给你一个直接的结论:不用算$F_{33}$,我们就能判断它的逆序数不能被7整除,而且还能轻松排除一批小素因子,同时从概率上肯定它是合数。

先聊你最关心的模7问题:
题目已经告诉你$F_{33}$以9开头,这意味着它的逆序数的个位数字就是9(逆序数是把原数的数字倒过来,原数的最高位变成逆序数的个位)。那9除以7余2,所以整个逆序数除以7的余数肯定是2,不可能被7整除——就这么简单,根本不用算任何大数幂次!

再扩展一下,不用计算原数,我们还能快速排除其他小素因子:

  • 模2、5:逆序数个位是9,是奇数且不是5的倍数,所以直接排除被2、5整除的可能;
  • 模3:一个数和它的逆序数的数字和完全相同,所以两者模3的结果一致。计算$F_{33} mod3$:$2^2≡1 mod3$,所以$2{2k}=(22){2{k-1}}≡1{2^{k-1}}=1 mod3$,$F_{33}=1+1=2 mod3$,逆序数也≡2 mod3,不能被3整除;
  • 模11:判断一个数能否被11整除,要看奇数位数字和与偶数位数字和的差是否为11的倍数。逆序数的奇数位数字和就是原数的偶数位数字和,反之亦然,所以逆序数模11的结果等于原数模11结果的相反数。计算$F_{33} mod11$:$2^{10}≡1 mod11$,$2{33}$是偶数,且$2{33} mod10=2$(因为2的幂次末位周期是4,33 mod4=1,$21=2$),所以$2{2{33}}=2{10m+2}≡4 mod11$,$F_{33}=4+1=5 mod11$,逆序数≡-5≡6 mod11,也不能被11整除。

最后说合数性:$F_{33}$的位数大概是$2^{33}×log_{10}2≈25.8$亿位,这么大的数几乎不可能是素数——素数的密度随数字位数增长急剧下降,而且费马数本身除了前5个,剩下的已知费马数全是合数,它的逆序数自然也极大概率是合数。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Peter

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