Dihedrale Primzahl

Bei einem 7-Segment-Display sind die Ziffern 2 und 5 dihedrale Primzahlen

In der Unterhaltungsmathematik ist eine dihedrale Primzahl (vom englischen dihedral prime, auch dihedral calculator prime) eine Primzahl ${\displaystyle p}$ mit der folgenden Eigenschaft: wenn man sie wie bei einem Taschenrechner in einem 7-Segment-Display betrachtet, müssen die folgenden vier Zahlen:^[1]

• ${\displaystyle p}$
• ${\displaystyle p}$ um 180° gedreht
• ${\displaystyle p}$ horizontal gespiegelt
• ${\displaystyle p}$ horizontal gespiegelt und danach um 180° gedreht

alles Primzahlen sein.

Wie schon bei den strobogrammatischen Zahlen sind dihedrale Primzahlen von ihrer Basis ${\displaystyle b}$ abhängig. Üblicherweise wird die Basis ${\displaystyle b=10}$ betrachtet, also das Dezimalsystem.

Spiegelung und Drehung der Ziffern

Auf 7-Segment-Displays kann man die Ziffern 0 bis 9 und die im Hexadezimalsystem üblichen weiteren Ziffern A bis F darstellen (in der Form AbCdEF, die beiden Ziffern b und d allerdings nur in Kleinbuchstaben).

Die einzigen Ziffern, die für eine dihedrale Primzahl in Frage kommen, sind im Dezimalsystem die Ziffern 0, 1, 2, 5 und 8. Im Hexadezimalsystem kommen noch die Ziffern 3 und E dazu.

Es folgt eine Aufzählung der Eigenschaften der Ziffern 0 bis 9 und der im Hexadezimalsystem üblichen weiteren Ziffern A bis F.

• Die Ziffern 0, 1 und 8 bleiben nach Drehung und Spiegelung gleich. Die 1 wird zwar nach der einer Drehung bzw. einer Spiegelung vom rechten zum linken Rand des 7-Segment-Displays verschoben, letztendlich bleibt es aber noch immer eine 1.
• Die Ziffern 2 und 5 bleiben nach der Drehung gleich, bei der Spiegelung geht die 2 in die 5 über und umgekehrt geht die 5 in die 2 über.
• Die Ziffer 3 wird sowohl nach der Spiegelung als auch nach der Drehung zum E. Umgekehrt wird aus E sowohl nach der Spiegelung als auch nach der Drehung zur 3 und ist für dihedrale Primzahlen im Hexadezimalsystem geeignet.
• Aus der Ziffer 6 wird nach der Drehung eine 9 und umgekehrt wird aus der 9 nach der Drehung eine 6. Allerdings ergeben diese beiden Ziffern nach der Spiegelung keine gültigen Ziffern, somit sind diese beiden Ziffern für dihedrale Primzahlen ungeeignet.
• Die im Hexadezimalsystem verwendete Ziffer A bleibt nach der Spiegelung gleich, gedreht ergibt sie aber keine gültige Ziffer, was sie für dihedrale Primzahlen ungeeignet macht.
• Aus der Hexadezimalziffer b wird nach der Spiegelung ein d und umgekehrt wird aus d nach der Spiegelung ein b. Allerdings ergeben auch diese beiden Ziffern nach der Drehung keine gültigen Ziffern und sind somit ungeeignet.
• Die Ziffern 4, 7, C und F ergeben weder bei der Drehung noch bei der Spiegelung gültige Ziffern und sind somit ungeeignet.

Beispiele

Die kleinste dihedrale Primzahl, die bei jeder Drehung bzw. Spiegelung eine andere Primzahl ergibt

• Die kleinsten dihedralen Primzahlen sind die folgenden:

2, 5, 11, 101, 181, 1181, 1811, 18181, 108881, 110881, 118081, 120121, 121021, 121151, 150151, 151051, 151121, 180181, 180811, 181081, … (Folge A134996 in OEIS)

• Die kleinste dihedrale Primzahl, die bei jeder Drehung bzw. Spiegelung eine andere Primzahl ergibt, ist die Zahl ${\displaystyle p=120121}$, welche um 180° gedreht die Primzahl ${\displaystyle 121021}$, gespiegelt die Primzahl ${\displaystyle 151051}$ und gespiegelt und um 180° gedreht die Primzahl ${\displaystyle 150151}$ ergibt.^[2]
• Die kleinste dihedrale Primzahl mit allen gültigen Ziffern ist ${\displaystyle p=108225151}$. Es gibt noch 2958 weitere solche Zahlen bis ${\displaystyle 10^{12}}$. Die größte dihedrale Primzahl bis ${\displaystyle 10^{12}}$ mit allen gültigen Ziffern ist ${\displaystyle p=188885250551}$.^[3]
• Die größte bekannte dihedrale Primzahl ist die folgende (Stand: 5. Februar 2020):^[4]

${\displaystyle p=10^{180054}+8\cdot {\frac {10^{58567}-1}{9}}\cdot 10^{60744}+1=1\;\overbrace {00\dotso 0} ^{60743{\text{ Nullen}}}\;\overbrace {88\dotso 8} ^{58567{\text{ Achter}}}\;\overbrace {00\dotso 0} ^{60743{\text{ Nullen}}}\;1}$

Sie wurde im Jahr 2009 von Darren Bedwell entdeckt und hat 180.055 Stellen.

Wissenswertes

• Strobogrammatische Primzahlen, in welchen keine 6 und keine 9 vorkommen, sind dihedrale Primzahlen.
• Primzahlen, die Repunits sind, sind dihedrale Primzahlen.
• Primzahlpalindrome, in denen nur die Ziffern 0, 1 und 8 vorkommen, sind dihedrale Primzahlen.

Dihedrale Primzahlen in anderen Zahlensystemen

• Im Dualsystem, also im Zahlensystem mit Basis ${\displaystyle b=2}$, sind alle Primzahlpalindrome dihedrale Primzahlen.

(Dies folgt aus dem vorher angeführten Satz, dass Primzahlpalindrome, in denen nur die Ziffern 0, 1 und 8 vorkommen, dihedrale Primzahlen sind. Da im Binärsystem nur Nullen und Einsen vorkommen, wird diese Bedingung erfüllt.)

• Im Hexadezimalsystem, also im Zahlensystem mit Basis ${\displaystyle b=16}$, gibt es keine dihedralen Primzahlen, die mit 3 beginnen.

Beweis:

Angenommen, es gibt eine dihedrale Primzahl ${\displaystyle n}$ im Hexadezimalsystem, welche mit 3 beginnt. Dann endet die horizontal gespiegelte Zahl mit E. Da aber im Hexadezimalsystem neben 0, 2, 4, 6 und 8 auch A, C und E gerade Zahlen sind, würde die horizontal gespiegelte Zahl, welche mit E endet, eine gerade Zahl und somit keine Primzahl sein. Somit kann ${\displaystyle n}$ keine dihedrale Primzahl sein. Die Annahme muss fallengelassen werden, es gibt keine dihedrale Primzahl im Hexadezimalsystem, welche mit 3 beginnt. ${\displaystyle \Box }$

Siehe auch

• Strobogrammatische Zahl
• Tetradische Zahl

Weblinks

• Eric W. Weisstein: Dihedral Prime. In: MathWorld (englisch).
• Chris K. Caldwell: dihedral prime. Prime Pages, abgerufen am 7. Februar 2020 (englisch). 
• dihedral prime. PlanetMath, abgerufen am 7. Februar 2020 (englisch). 
• Check whether N is a Dihedral Prime Number or not. Programme zur Berechnung von Dihedralen Primzahlen. GeeksforGeeks - A computer science portal for geeks, abgerufen am 7. Februar 2020 (englisch). 
• Chris K.Caldwell: The Top Twenty: Palindrome. Prime Pages, abgerufen am 5. Februar 2020. 

Einzelnachweise

1. Mike Keith: Puzzle 39.- The Mirrorable Numbers. The prime puzzles & problems connection, abgerufen am 5. Februar 2020 (englisch). 
2. Example zu OEIS
3. Comment zu OEIS
4. Patrick De Geest: Palindromic Primes, Page 2. September, 2007. World!Of Numbers, abgerufen am 8. Februar 2020. 

V – D

Primzahl­mengen

formelbasiert	Carol ((2^n − 1)^2 − 2) | Doppelte Mersenne (2^2p − 1 − 1) | Fakultät (n! ± 1) | Fermat (2^2n + 1) | Kubisch (x^3 − y^3)/(x − y) | Kynea ((2^n + 1)^2 − 2) | Leyland (x^y + y^x) | Mersenne (2^p − 1) | Mills (A^3n) | Pierpont (2^u⋅3^v + 1) | Primorial (pn# ± 1) | Proth (k⋅2^n + 1) | Pythagoreisch (4n + 1) | Quartisch (x^4 + y^4) | Thabit (3⋅2^n − 1) | Wagstaff ((2^p + 1)/3) | Williams ((b-1)⋅b^n − 1) | Woodall (n⋅2^n − 1)
Primzahlfolgen	Bell | Fibonacci | Lucas | Motzkin | Pell | Perrin
eigenschaftsbasiert	Elitär | Fortunate | Gut | Glücklich | Higgs | Hochkototient | Isoliert | Pillai | Ramanujan | Regulär | Stark | Stern | Wall–Sun–Sun | Wieferich | Wilson
basis­abhängig	Belphegor | Champernowne | Dihedral | Einzigartig | Fröhlich | Keith | Lange | Minimal | Mirp | Permutierbar | Primeval | Palindrom | Repunit-Primzahl ((10^n − 1)/9) | Schwach | Smarandache–Wellin | Strobogrammatisch | Tetradisch | Trunkierbar | Zirkular
basierend auf Tupel	Ausbalanciert (p − n, p, p + n) | Chen | Cousin (p, p + 4) | Cunningham (p, 2p ± 1, …) | Drilling (p, p + 2 oder p + 4, p + 6) | Konstellation | Sexy (p, p + 6) | Sichere (p, (p − 1)/2) | Sophie Germain (p, 2p + 1) | Vierling (p, p + 2, p + 6, p + 8) | Zwilling (p, p + 2) | Zwillings-Bi-Kette (n ± 1, 2n ± 1, …)
nach Größe	Titanisch (1.000+ Stellen) | Gigantisch (10.000+ Stellen) | Mega (1.000.000+ Stellen) | Beva (1.000.000.000+ Stellen)