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Denke dir eine Tabelle mit unendlich vielen Zeilen und Spalten. Die k-te Zeile (ebenso die k-te Spalte) wird von einer arithmetischen Folge gebildet, die das Startglied 6k+3 und die konstante Differenz 4k+2 hat. Der Anfang der Tabelle sieht also so aus:

  9 15 21 27 ...
15 25 35 45 ...
21 35 49 63 ...
27 45 63 81 ...
... ... ... ... ...
Zeige: Alle ungeraden natürlichen Zahlen außer 1, die nicht in dieser Tabelle vorkommen, sind Primzahlen und so sind alle Primzahlen beschrieben.

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Behauptung: Die Zahlen in der \( k \)-ten Zeile sind alle ungeraden natürlichen Zahlen welche durch \( 2k+1 \) teilbar und echt größer als \( 2k+1 \) sind.

Beweis:

1. Sei \( n \) eine Zahl in der \(k\)-ten Zeile, dann existiert ein \( m \ge 0 \) s.d. $$ n = 6k+3 + m (4k+2) = (2k+1)\underbrace{(3+2m)}_{>1}$$

Also sind alle Zahlen in der \(k\)-ten Zeile durch \(2k+1\) teilbar und echt größer als \(2k+1\). Insbesondere enthält jeder Eintrag der Tabelle einen echten Teiler und ist somit zusammengesetzt.

2. Ist hingegen \( n \) eine ungerade natürliche Zahl, welche durch \( 2k+1 \) teilbar und echt größer als \( 2k+1 \) ist, dann existiert ein \( m \ge 2 \) mit \( n = (2k+1)m \). Da \( n \) ungerade ist muss auch \( m \) ungerade sein, insbesondere ist \( m \ge 3 \). \( m - 3 \ge 0 \) ist also eine gerade Zahl und wir finden ein \( l \in \mathbb N_0 \) mit \( m-3 = 2l \) bzw. \( m = 3+2l \). Insgesamt erhalten wir $$ n = (2k+1)(3+2l) = (6k+3) + l (4k+2) $$ weshalb \( n \) in der \( k \)-ten Zeile auftauchen muss.

---

Damit folgen alle Aussagen:

Aus Teil 1 des Beweises folgt direkt, dass keine Primzahl in der Tabelle liegt.

Ist hingegen \( n \) eine ungerade Zahl, welche nicht prim ist, dann hat \( n \) einen echten ungeraden Teiler - etwa \(2k+1 \) - und taucht nach Teil 2 des Beweises auf jeden Fall in der \( k \)-ten Zeile der Tabelle auf.

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Es wäre auch eine etwas kürzere Formulierung möglich gewesen. Vor allem der letzte Absatz ist entscheidend für die Auszeichnung als "Beste".

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