Nichttotient

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In der Zahlentheorie ist der Totient einer natürlichen Zahl definiert als die Anzahl der zu teilerfremden natürlichen Zahlen, die nicht größer als sind. wird auch eulersche Phi-Funktion genannt. Ein Nichttotient (vom englischen Nontotient) ist eine natürliche Zahl , die kein Totient ist, also eine Zahl, für die Gleichung

keine Lösung für hat. Mit anderen Worten: Eine natürliche Zahl ist ein Nichttotient, wenn es keine natürliche Zahl gibt, zu der es exakt teilerfremde Zahlen gibt.

Beispiele

  • Die Zahl ist ein Nichttotient, weil es keine natürliche Zahl gibt, für welche exakt teilerfremde Zahlen existieren, die kleiner als sind.
  • Die Zahl ist kein Nichttotient:
Die Primzahl ist zu Zahlen teilerfremd, somit ist auch . Die Gleichung hat also mindestens eine Lösung , also ist kein Nichttotient. Weitere muss man nicht suchen (obwohl auch die Zahlen , und den Totienten hätten).
  • Die Zahl ist kein Nichttotient:
Die Zahl ist als Sonderfall des leeren Produkts (weder Primzahl noch zusammengesetzte Zahl) auch zu sich selbst teilerfremd, also ist . Außerdem ist die Zahl zu teilerfremd, somit ist auch . Somit hat die Gleichung sogar zwei Lösungen und , also ist kein Nichttotient.
  • Die folgenden Zahlen sind die kleinsten geraden Nichttotienten:
14, 26, 34, 38, 50, 62, 68, 74, 76, 86, 90, 94, 98, 114, 118, 122, 124, 134, 142, 146, 152, 154, 158, 170, 174, 182, 186, 188, 194, 202, 206, 214, 218, 230, 234, 236, 242, 244, 246, 248, 254, 258, 266, 274, 278, 284, 286, 290, 298, 302, 304, 308, 314, 318, … (Folge A005277 in OEIS)
  • Die nächste Liste gibt die kleinsten an, deren Totient ist (für aufsteigende )
1, 3, 0, 5, 0, 7, 0, 15, 0, 11, 0, 13, 0, 0, 0, 17, 0, 19, 0, 25, 0, 23, 0, 35, 0, 0, 0, 29, 0, 31, 0, 51, 0, 0, 0, 37, 0, 0, 0, 41, 0, 43, 0, 69, 0, 47, 0, 65, 0, 0, 0, 53, 0, 81, 0, 87, 0, 59, 0, 61, 0, 0, 0, 85, 0, 67, 0, 0, 0, 71, 0, 73, 0, 0, 0, 0, 0, 79, 0, 123, 0, 83, 0, 129, 0, 0, 0, 89, … (Folge A049283 in OEIS)
Taucht in obiger Liste an der -ten Stelle eine auf, so ist ein Nichttotient, weil es offenbar kein gibt, deren Totient ist.
  • Die nächste Liste gibt die größten an, deren Totient ist (für aufsteigende )
2, 6, 0, 12, 0, 18, 0, 30, 0, 22, 0, 42, 0, 0, 0, 60, 0, 54, 0, 66, 0, 46, 0, 90, 0, 0, 0, 58, 0, 62, 0, 120, 0, 0, 0, 126, 0, 0, 0, 150, 0, 98, 0, 138, 0, 94, 0, 210, 0, 0, 0, 106, 0, 162, 0, 174, 0, 118, 0, 198, 0, 0, 0, 240, 0, 134, 0, 0, 0, 142, 0, 270, 0, 0, 0, 0, 0, 158, 0, 330, 0, … (Folge A057635 in OEIS)
Taucht in obiger Liste an der -ten Stelle eine auf, so ist ein Nichttotient, weil es offenbar kein gibt, deren Totient ist.
  • Die folgende Liste gibt die Anzahl der verschiedenen an, für welche gilt (für aufsteigende ):
2, 3, 0, 4, 0, 4, 0, 5, 0, 2, 0, 6, 0, 0, 0, 6, 0, 4, 0, 5, 0, 2, 0, 10, 0, 0, 0, 2, 0, 2, 0, 7, 0, 0, 0, 8, 0, 0, 0, 9, 0, 4, 0, 3, 0, 2, 0, 11, 0, 0, 0, 2, 0, 2, 0, 3, 0, 2, 0, 9, 0, 0, 0, 8, 0, 2, 0, 0, 0, 2, 0, 17, 0, 0, 0, 0, 0, 2, 0, 10, 0, 2, 0, 6, 0, 0, 0, 6, 0, 0, 0, 3, … (Folge A014197 in OEIS)
Beispiel:
An der -ten Stelle steht die Zahl . Das bedeutet, dass es Lösungen der Gleichung gibt. Somit ist ein Nichttotient.
Es gibt eine Vermutung von Robert Daniel Carmichael aus dem Jahr 1907, welche besagt, dass es entweder keine oder mindestens zwei Lösungen der Gleichung für jedes gibt. Die Vermutung ist also äquivalent dazu, dass in obiger Liste niemals eine 1 auftaucht (siehe Carmichaels Totientenfunktions-Vermutung).
  • Es folgt eine Tabelle, aus der man etwas leichter die Nichttotienten ablesen kann. In der ersten Spalte sind die aufsteigenden , in der zweiten Spalte stehen diejenigen Zahlen, deren Totient ist und in der dritten Spalte kann man die Anzahl der Zahlen ablesen, die in der zweiten Spalte stehen. Jedes Mal, wenn in dieser dritten Spalte eine Null steht, wenn es also keine Zahlen gibt, welche als Totient haben, handelt es sich bei um einen Nichttotienten (welcher gelb eingefärbt wird):
Tabelle der Totienten
Weitere Informationen , ...
, sodass Anzahl der ,
sodass
(Folge A014197 in OEIS)
011, 22
023, 4, 63
030
045, 8, 10, 124
050
067, 9, 14, 184
070
0815, 16, 20, 24, 305
090
1011, 222
110
1213, 21, 26, 28, 36, 426
130
140
150
1617, 32, 34, 40, 48, 606
170
1819, 27, 38, 544
190
2025, 33, 44, 50, 665
210
2223, 462
230
2435, 39, 45, 52, 56, 70, 72, 78, 84, 9010
250
260
270
2829, 582
290
3031, 622
310
3251, 64, 68, 80, 96, 102, 1207
330
340
350
3637, 57, 63, 74, 76, 108, 114, 1268
, sodass Anzahl der ,
sodass
(Folge A014197 in OEIS)
370
380
390
4041, 55, 75, 82, 88, 100, 110, 132, 1509
410
4243, 49, 86, 984
430
4469, 92, 1383
450
4647, 942
470
4865, 104, 105, 112, 130, 140, 144, 156, 168, 180, 21011
490
500
510
5253, 1062
530
5481, 1622
550
5687, 116, 1743
570
5859, 1182
590
6061, 77, 93, 99, 122, 124, 154, 186, 1989
610
620
630
6485, 128, 136, 160, 170, 192, 204, 2408
650
6667, 1342
670
680
690
7071, 1422
710
7273, 91, 95, 111, 117, 135, 146, 148, 152, 182, 190, 216, 222, 228, 234, 252, 27017
, sodass Anzahl der ,
sodass
(Folge A014197 in OEIS)
0730
0740
0750
0760
0770
07879, 1582
0790
080123, 164, 165, 176, 200, 220, 246, 264, 300, 33010
0810
08283, 1662
0830
084129, 147, 172, 196, 258, 2946
0850
0860
0870
08889, 115, 178, 184, 230, 2766
0890
0900
0910
092141, 188, 2823
0930
0940
0950
09697, 119, 153, 194, 195, 208, 224, 238, 260, 280, 288, 306, 312, 336, 360, 390, 42017
0970
0980
0990
100101, 125, 202, 2504
1010
102103, 2062
1030
104159, 212, 3183
1050
106107, 2142
1070
108109, 133, 171, 189, 218, 266, 324, 342, 3789
, sodass Anzahl der ,
sodass
(Folge A014197 in OEIS)
1090
110121, 2422
1110
112113, 145, 226, 232, 290, 3486
1130
1140
1150
116177, 236, 3543
1170
1180
1190
120143, 155, 175, 183, 225, 231, 244, 248, 286, 308, 310, 350, 366, 372, 396, 450, 46217
1210
1220
1230
1240
1250
126127, 2542
1270
128255, 256, 272, 320, 340, 384, 408, 480, 5109
1290
130131, 2622
1310
132161, 201, 207, 268, 322, 402, 4147
1330
1340
1350
136137, 2742
1370
138139, 2782
1390
140213, 284, 4263
1410
1420
1430
144185, 219, 273, 285, 292, 296, 304, 315, 364, 370, 380, 432, 438, 444, 456, 468, 504, 540, 546, 570, 63021
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Eigenschaften

  • Sei eine Primzahl. Dann ist niemals ein Nichttotient.
Beweis:
Jede Primzahl ist zu Zahlen teilerfremd (nämlich zu allen natürlichen Zahlen, welche kleiner als sind). Somit ist und ist der Totient von . Also ist kein Nichttotient.
  • Sei eine Primzahl. Dann ist die Rechteckzahl niemals ein Nichttotient.
Beweis:
Wegen den Rechenregeln für die eulersche Phi-Funktion für Primzahlpotenzen erhält man . Somit ist und ist der Totient von . Also ist kein Nichttotient.
  • Alle ungeraden Zahlen außer der Zahl sind Nichttotienten.
  • Für jede natürliche Zahl existiert eine Primzahl , sodass ein Nichttotient ist.[1]
  • Es gibt unendlich viele Primzahlen , sodass alle Zahlen der Form mit Nichttotienten sind (wie zum Beispiel die Sierpinski-Zahlen und ).[2]
  • Jede ungerade Zahl hat ein gerades Vielfaches, welches Nichttotient ist.[3]
  • Es gibt unendlich viele gerade Nichttotienten (folgt aus den vorhergehenden Eigenschaften).

Siehe auch

Einzelnachweise

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