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Schwerpunktbildung – Fermat-Zahlen

Abb. 1: Pierre de Fermat (1607?-1665)
Quelle: Wikimedia Commons (gemeinfrei)

Die Suche nach Primzahlen ist so alt wie die Beschäftigung mit Zahlen selbst. Eine praktische Anwendung ergibt sich in der Gegenwart dadurch, dass für die moderne Datenübertragung und Kryptographie immer neue Primzahlen benötigt werden, die zusätzlich auch noch möglichst groß sein sollen.

Im 17. Jahrhundert glaubte Pierre de Fermat, ein Rezept zur ‚Herstellung‘ neuer Primzahlen gefunden zu haben. Für jede positive ganze Zahl \(n\) sollte die Formel

\(F_n = 2^{(2^n)}+1 \)

eine Primzahl hervorbringen. Ihm zu Ehren heißen diese Zahlen, die tatsächlich eine wichtige Rolle in der Mathematik spielen, heute Fermat-Zahlen. Die Fälle, die er untersuchte, gaben Anlass zur Hoffnung. 


Das Quellen- und Literaturverzeichnis zu dieser Seite finden Sie hier.

Aufgabe 1 von 1

\(2^{2^0} + 1 = 3\). Dies ist eine Primzahl.

\(2^{2^1} + 1 = 5\). Dies ist eine Primzahl.

\(2^{2^2} + 1 = 17\). Dies ist eine Primzahl.

\(2^{2^3} + 1 = 257\). Dies ist eine Primzahl.

\(2^{2^4} + 1 = 65537\). Dies ist auch eine Primzahl. Das ist schon schwieriger zu sehen.

\(2^{2^5} + 1 =? \) ist jedoch keine Primzahl.

Warum ist dies so?

Versuchen Sie zu beweisen, warum \(2^{2^5} + 1\) keine Primzahl ist. Sie bekommen zunächst 3 Hinweise, die Ihnen helfen könnten, die Lösung selbst zu finden. Anschließend wird der Beweis in 4 Schritten geführt.  

\(641\) teilt \(2^{2^{5}}+1\). Wissen Sie, warum?

\(2^7\cdot5\) hat einen Rest von \(-1\) beim Teilen durch \(641\).

\(2^4+5^4=16+625=641\), also hat \(2^4\) einen Rest von \(-5^4\) beim Teilen durch \(641\).

Aus Hinweis 2 folgt: \(2^{28}\cdot 5^4=(2^7\cdot5)^4\)hat einen Rest von \((-1)^4=1\) beim Teilen durch \(641\).

Aus Hinweis 3 folgt: \(-2^{32}=2^{28}\cdot(-2^4)\) hat einen Rest von \(2^{28}\cdot5^4\) beim Teilen durch \(641\).

Aus Beweisschritt 2 folgt: \(2^{32}\) hat einen Rest von \(-1\) beim Teilen durch \(641\).

Aus Beweisschritt 3 folgt: \(2^{32}+1\) hat einen Rest von \(0\) beim Teilen durch \(641\), d.h. \(641\) teilt \(2^{2^5}+1\)