تسلسل لوكاس
في الرياضيات ، متتابعات لوكاسوهي متتابعات عددية صحيحة ثابتة متكررة تحقق علاقة التكرار
أينوأعداد صحيحة ثابتة . يمكن تمثيل أي متتالية تحقق علاقة التكرار هذه كتركيبة خطية لمتتاليات لوكاس.و
وبشكل أعم، تسلسلات لوكاسوتمثل متواليات كثيرات الحدود فيوبمعاملات عددية صحيحة .
من الأمثلة الشهيرة لمتتاليات لوكاس أعداد فيبوناتشي ، وأعداد ميرسين ، وأعداد بيل ، وأعداد لوكاس ، وأعداد جاكوبستال ، ومجموعة فرعية من أعداد فيرما (انظر أدناه). سُميت متتاليات لوكاس نسبةً إلى عالم الرياضيات الفرنسي إدوارد لوكاس .
العلاقات التكرارية
بفرض وجود معامِلين صحيحينو، تسلسلات لوكاس من النوع الأولوالنوع الثانييتم تعريفها من خلال علاقات التكرار :
و
ليس من الصعب إثبات ذلك بالنسبة لـ،
يمكن التعبير عن العلاقات المذكورة أعلاه في شكل مصفوفة كما يلي:
الحدود الأولية لمتتاليات لوكاسوموضحة في الجدول:
التعبيرات الصريحة
المعادلة المميزة للعلاقة التكرارية لمتتاليات لوكاسويكون:
لديها القدرة على التمييزوبحسب الصيغة التربيعية ، فإن لها الجذور التالية :
هكذا:
لاحظ أن التسلسلوالتسلسلكما أنها تحقق العلاقة التكرارية. ومع ذلك، قد لا تكون هذه متواليات أعداد صحيحة.
جذور متميزة
متىa و b مختلفتان ويمكن التحقق من ذلك بسرعة .
وبناءً على ذلك، يمكن التعبير عن حدود متتابعات لوكاس بدلالة a و b على النحو التالي
الجذر المتكرر
القضيةيحدث ذلك بالضبط عندمالبعض الأعداد الصحيحة S بحيثفي هذه الحالة، يجد المرء بسهولة أن
ملكيات
الدوال المولدة
الدوال المولدة العادية هي
معادلات بيل
متى، تسلسلات لوكاسوتحقق معادلات بيل معينة :
العلاقات بين المتتاليات ذات المعلمات المختلفة
- لأي عدد c ، فإن المتتالياتومع
- لها نفس التمييز مثلو:
- لأي عدد c ، لدينا أيضًا
علاقات أخرى
تحقق حدود متتابعات لوكاس علاقات تُعد تعميمًا للعلاقات بين أعداد فيبوناتشيوأرقام لوكاس. على سبيل المثال:
من بين هذه المعادلات، تسمح المعادلتان (6) و(7) بحساب سريع لقيمة V بشكل مستقل عن U بطريقة مماثلة للرفع الأسي عن طريق التربيع . العلاقة(الذي ينتمي إلى القسم أعلاه، "العلاقات بين المتتاليات ذات المعاملات المختلفة") مفيد أيضًا لهذا الغرض. [ 1 ]
الحوسبة السريعة
نظير لعملية الرفع الأسي بالتربيع مطبق على المصفوفة التي تحسبومنويسمححساب الوقت لـوبالنسبة للقيم الكبيرة لـ n .
خصائص قابلية القسمة
ومن بين النتائج المترتبة على ذلك أنهو مضاعف لـأي التسلسل هي متتالية قابلة للقسمة . وهذا يعني، على وجه الخصوص، أنلا يمكن أن يكون n عددًا أوليًا إلا عندما يكون n عددًا أوليًا. علاوة على ذلك، إذا، ثمهي متتالية قابلة للقسمة قوية .
خصائص قابلية القسمة الأخرى هي كما يلي: [ 2 ]
- إذا كان n مضاعفًا فرديًا لـ m ، فإنيقسم.
- ليكن N عددًا صحيحًا أوليًا نسبيًا مع 2Q . إذا كان أصغر عدد صحيح موجب r يقسم Nإذا وُجدت مجموعة n التي تقسم N، فإن مجموعة n التي تقسم Nهي بالضبط مجموعة مضاعفات r .
- إذا كان P و Q زوجيين ، فإنتكون دائمًا متساوية باستثناء.
- إذا كان P فرديًا و Q زوجيًا، فإندائماً ما تكون غريبة بالنسبة لكل.
- إذا كان P زوجيًا و Q فرديًا، فإن زوجيةهو نفسه n ودائماً ما يكون زوجياً.
- إذا كان P و Q فرديين، فإنتكون الأعداد زوجية إذا وفقط إذا كان n من مضاعفات العدد 3.
- إذا كان p عددًا أوليًا فرديًا، فإن(انظر رمز ليجندر ).
- إذا كان p عددًا أوليًا فرديًا يقسم P و Q ، فإن p يقسملكل.
- إذا كان p عددًا أوليًا فرديًا يقسم P ولا يقسم Q ، فإن p يقسمإذا وفقط إذا كان n زوجيًا.
- إذا كان p عددًا أوليًا فرديًا يقسم Q ولكنه لا يقسم P ، فإن p لا يقسم أبدًالأي.
- إذا كان p عددًا أوليًا فرديًا يقسم D ولكنه لا يقسم PQ ، فإن p يقسمإذا وفقط إذا كان p يقسم n .
- إذا كان p عددًا أوليًا فرديًا لا يقسم PQD ، فإن p يقسم، أين.
تُعمم الحقيقة الأخيرة نظرية فيرما الصغرى . تُستخدم هذه الحقائق في اختبار لوكاس-ليمر للأعداد الأولية . وكما هو الحال في نظرية فيرما الصغرى، فإن عكس الحقيقة الأخيرة صحيح في كثير من الأحيان، ولكن ليس دائمًا؛ إذ توجد أعداد مركبة n أولية نسبيًا مع D وتقسمها.، أينتُسمى هذه الأعداد المركبة بالأعداد الأولية الزائفة لوكاس .
يُطلق على العامل الأولي لأي حد في متتالية لوكاس، والذي لا يقسم أي حد سابق في المتتالية، اسم العامل الأولي . تنص نظرية كارمايكل على أن جميع حدود متتالية لوكاس، باستثناء عدد محدود منها، لها عامل أولي أولي. [ 3 ] في الواقع، أثبت كارمايكل (1913) أنه إذا كان D موجبًا و n ليس 1 أو 2 أو 6، فإنللعدد عامل أولي بدائي. في حالة كون D سالبًا، تُظهر نتيجة عميقة لبيلو وهانرو وفوتييه ومينوت [ 4 ] أنه إذا كان n > 30، فإنله عامل أولي بدائي ويحدد جميع الحالاتليس له عامل أولي بدائي.
أسماء محددة
تُعرف متواليات لوكاس لبعض قيم P و Q بأسماء محددة:
- U n (1, −1) : أعداد فيبوناتشي
- V n (1, −1) : أعداد لوكاس
- U n (2, −1) : أعداد بيل
- V n (2, −1) : أعداد بيل-لوكاس (أعداد بيل المصاحبة)
- Un (2, 1) : أعداد العد
- U n (1, −2) : أعداد جاكوبستال
- V n (1, −2) : أعداد جاكوبستال-لوكاس
- U n (3, 2) : أعداد ميرسين 2 n − 1
- V n (3, 2) : أعداد من الشكل 2 n + 1 ، والتي تشمل أعداد فيرما [ 3 ]
- U n (6, 1) : الجذور التربيعية للأعداد المثلثية المربعة .
- U n ( x , −1) : كثيرات حدود فيبوناتشي
- V n ( x , −1) : كثيرات حدود لوكاس
- U n (2 x , 1) : كثيرات حدود تشيبيشيف من النوع الثاني
- V n (2 x , 1) : كثيرات حدود تشيبيشيف من النوع الأول مضروبة في 2
- Un ( x + 1, x ) : إعادة التوجيه في الأساس x
- V n ( x + 1, x ) : x n + 1
بعض متواليات لوكاس لها مدخلات في الموسوعة الإلكترونية لمتواليات الأعداد الصحيحة :
-1 3 OEIS : A214733 1 -1 OEIS : A000045 OEIS : A000032 1 1 OEIS : A128834 OEIS : A087204 1 2 OEIS : A107920 OEIS : A002249 2 -1 OEIS : A000129 OEIS : A002203 2 1 OEIS : A001477 OEIS : A007395 2 2 OEIS : A009545 2 3 OEIS : A088137 2 4 OEIS : A088138 2 5 OEIS : A045873 3 -5 OEIS : A015523 OEIS : A072263 3 -4 OEIS : A015521 OEIS : A201455 3 -3 OEIS : A030195 OEIS : A172012 3 -2 OEIS : A007482 OEIS : A206776 3 -1 OEIS : A006190 OEIS : A006497 3 1 OEIS : A001906 OEIS : A005248 3 2 OEIS : A000225 OEIS : A000051 3 5 OEIS : A190959 4 -3 OEIS : A015530 OEIS : A080042 4 -2 OEIS : A090017 4 -1 OEIS : A001076 OEIS : A014448 4 1 OEIS : A001353 OEIS : A003500 4 2 OEIS : A007070 OEIS : A056236 4 3 OEIS : A003462 OEIS : A034472 4 4 OEIS : A001787 5 -3 OEIS : A015536 5 -2 OEIS : A015535 5 -1 OEIS : A052918 OEIS : A087130 5 1 OEIS : A004254 OEIS : A003501 5 4 OEIS : A002450 OEIS : A052539 6 1 OEIS : A001109 OEIS : A003499
التطبيقات
- تُستخدم متواليات لوكاس في اختبارات لوكاس الأولية الزائفة الاحتمالية، والتي تعد جزءًا من اختبار بايلي-PSW الأولي الشائع الاستخدام .
- تُستخدم متواليات لوكاس في بعض طرق إثبات أولية الأعداد، بما في ذلك اختبارات لوكاس-ليمر ولوكاس -ليمر-ريزل وطرق N−1/N+1 الهجينة مثل تلك الموجودة في بريلهارت-ليمر-سيلفريدج 1975. [ 5 ] [ 6 ]
- نظام التشفير LUC هو نظام تشفير بالمفتاح العام يعتمد على متواليات لوكاس [ 7 ]، ويُطبّق نظائر أنظمة التشفير ElGamal (LUCELG) و Diffie-Hellman (LUCDIF) و RSA (LUCRSA). يُحسب تشفير الرسالة في LUC كأحد حدود متوالية لوكاس معينة، بدلاً من استخدام الأسس المعيارية كما في RSA أو Diffie-Hellman. مع ذلك، يُجادل [ 8 ] بأن العديد من المزايا الأمنية المزعومة لنظام LUC مقارنةً بأنظمة التشفير القائمة على الأسس المعيارية إما غير موجودة، أو ليست جوهرية كما يُدّعى.
التعميمات
التسلسل، وهو حل لمشكلة التكرارعندماو هي جذور المعادلة التربيعية المقابلة ، يعمم إلى درجة. على وجه التحديد، بالنسبة لعلاقة التكرارباستخدام الأعداد الصحيحةوعادةً مع، دعلتكن جذور معادلة كثير الحدود المقابلة ثمهي سلسلة من الأعداد الصحيحة تحقق العلاقة التكرارية، كما يتضح من دالتها المولدة العادية ،
برمجة
انظر أيضاً
ملحوظات
- ↑ أتناشيف، بافيل. "بديل أبسط لاختبار لوكاس-ليمر-ريزل للأعداد الأولية" . أرشيف الطباعة الإلكترونية لعلم التشفير .
- ↑ للاطلاع على مثل هذه العلاقات وخصائص قابلية القسمة، انظر ( كارمايكل 1913 ) ، ( ليمر 1930 ) أو ( ريبنبوم 1996 ، 2.IV) .
- 1 2 يابوتا، م (2001). "برهان بسيط لنظرية كارمايكل حول القواسم الأولية" (ملف PDF) . مجلة فيبوناتشي الفصلية . 39 (5): 439-443 . doi : 10.1080/00150517.2001.12428701 . تاريخ الاسترجاع: 4 أكتوبر 2018 .
- ↑ بيلو، يوري؛ هانرو، غيوم؛ فوتييه، بول م.؛ مينوت، موريس (2001). "وجود القواسم الأولية لأعداد لوكاس وليمر" ( ملف PDF) . مجلة الرياضيات البحتة والتطبيقية . 2001 (539): 75-122 . doi : 10.1515/crll.2001.080 . MR 1863855. S2CID 122969549 .
- ↑ "إثبات الأعداد الأولية 3.2 اختبارات n+1 واختبار لوكاس-ليمر" . t5k.org .
- ↑ جون بريلهارت ؛ ديريك هنري ليمر ؛ جون سيلفريدج (أبريل 1975). "معايير أولية جديدة وتحليلات للعدد 2 م ± 1" . رياضيات الحساب . 29 (130): 620-647 . doi : 10.1090/S0025-5718-1975-0384673-1 . JSTOR 2005583 .
- ↑ بي جيه سميث؛ إم جيه جيه لينون (1993). "LUC: نظام مفتاح عام جديد". وقائع الندوة الدولية التاسعة للاتحاد الدولي لمعالجة المعلومات حول أمن الحاسوب : 103-117 . CiteSeerX 10.1.1.32.1835 .
- ↑ د. بليشنباخر؛ و. بوسما؛ أ. ك. لينسترا (1995). "بعض الملاحظات حول أنظمة التشفير القائمة على لوكاس" (ملف PDF) . التطورات في علم التشفير - CRYPT0' 95. سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب. المجلد 963. الصفحات 386-396 . doi : 10.1007/3-540-44750-4_31 . ISBN 978-3-540-60221-7.
- ↑ "الدوال التوافقية - التوافقية" . doc.sagemath.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-07-2023 .
مراجع
- كارمايكل، آر دي (1913)، "حول العوامل العددية للأشكال الحسابية α n ±β n "، حوليات الرياضيات ، 15 (1/4): 30-70 ، doi : 10.2307/1967797 ، JSTOR 1967797
- ليمر، د. هـ. (1930). "نظرية موسعة لدوال لوكاس". حوليات الرياضيات . 31 (3): 419-448 . Bibcode : 1930AnMat..31..419L . doi : 10.2307/1968235 . JSTOR 1968235 .
- وارد، مورغان (1954). "قواسم الأعداد الأولية للمتتابعات الدورية من الرتبة الثانية". مجلة ديوك للرياضيات 21 (4): 607-614 . doi : 10.1215/S0012-7094-54-02163-8 . hdl : 10338.dmlcz/137477 . MR 0064073 .
- سومر، لورانس (1980). "خصائص قابلية القسمة لمتتاليات لوكاس الأولية بالنسبة للأعداد الأولية" (ملف PDF) . مجلة فيبوناتشي الفصلية . 18 (4): 316-334 . doi : 10.1080/00150517.1980.12430140 .
- لاغارياس، ج. س. (1985). "مجموعة الأعداد الأولية التي تقسم أعداد لوكاس لها كثافة 2/3". مجلة المحيط الهادئ للرياضيات 118 ( 2): 449-461 . CiteSeerX 10.1.1.174.660 . doi : 10.2140/pjm.1985.118.449 . MR 0789184 .
- هانز ريزل (1994). الأعداد الأولية وطرق الحاسوب للتحليل إلى عوامل . سلسلة التقدم في الرياضيات. المجلد 126 ( الطبعة الثانية). بيركهاوزر. الصفحات 107-121 . ISBN 0-8176-3743-5.
- ريبنبوم، باولو؛ ماكدانيال، واين ل. (1996). "الحدود المربعة في متتابعات لوكاس" . مجلة نظرية الأعداد . 58 (1): 104-123 . doi : 10.1006/jnth.1996.0068 .
- جوي، م.؛ كيسكواتر، ج.-ج. (1996). "حساب فعال لمتتاليات لوكاس الكاملة" (ملف PDF) . رسائل الإلكترونيات . 32 (6): 537-538 . رمز Bibcode : 1996ElL....32..537J . doi : 10.1049/el:19960359 . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 2015-02-02.
- ريبنبوم، باولو (1996). الكتاب الجديد لسجلات الأعداد الأولية ( نسخة إلكترونية). سبرينغر-فيرلاغ ، نيويورك. doi : 10.1007/978-1-4612-0759-7 . ISBN 978-1-4612-0759-7.
- ريبنبوم، باولو (2000). أرقامي، أصدقائي: محاضرات مبسطة في نظرية الأعداد . نيويورك: سبرينغر-فيرلاغ . ص 1-50 . ISBN 0-387-98911-0.
- لوكا، فلوريان (2000). "أعداد فيبوناتشي ولوكاس المثالية". ريند. سيرك ماتيم. باليرمو . 49 (2): 313-318 . doi : 10.1007/BF02904236 . S2CID 121789033 .
- يابوتا، م. (2001). "برهان بسيط لنظرية كارمايكل حول القواسم الأولية" (ملف PDF) . مجلة فيبوناتشي الفصلية . 39 (5): 439-443 . doi : 10.1080/00150517.2001.12428701 .
- بنيامين، آرثر ت .؛ كوين، جينيفر ج. ( 2003). براهين ذات قيمة حقيقية: فن البرهان التوافقي . سلسلة دولسياني للعروض الرياضية. المجلد 27. الجمعية الرياضية الأمريكية . ص 35. ISBN 978-0-88385-333-7.
- متتالية لوكاس في موسوعة الرياضيات .
- وايسستين، إريك دبليو. “تسلسل لوكاس” . عالم الرياضيات .
- وي داي . "متواليات لوكاس في علم التشفير" .
- العلاقات التكرارية
- متواليات الأعداد الصحيحة
