Kleine Sektflaschen Hochzeit
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Quelle: ZPG IMP Primzahlen sind bereits seit der Antike bekannt. Schon die "alten Griechen", z. B. Euklid und Eratosthenes, widmeten sich den Primzahlen und entdeckten zahlreiche spannende mathematische Eigenschaften rund um Primzahlen. Aber auch in neueren Jahren beschäftigten sich viele Mathematiker mit Primzahlen, darunter so berühmte Namen wie Euler, Fermat, Goldbach oder auch Gauss. Im Feld der Kryptologie, also der Wissenschaft vom Ver- und Entschlüsseln von Botschaften durch (mathematische) Regeln, bekamen Primzahlen im Verlauf der letzten knapp 100 Jahre eine immer wichtigere Bedeutung. Es begann eine regelrechte Jagd nach großen Primzahlen. Doch beginnen wir von Anfang an. Zunächst wiederholen wir nochmals, was eine Primzahl überhaupt ist: Deine Aufträge: Begründe, dass die Zahl 1 keine Primzahl ist. Um Primzahlen zu finden, kann man das folgende Verfahren durchführen, das sogenannte Sieb des Eratosthenes. Zuerst wird die Zahl 1 gestrichen. Die Zahl 2 wird umkreist und dann alle Vielfachen von ihr gestrichen.
Definition Natürliche Zahlen, die genau zwei Teiler haben, nennt man Primzahlen. Sie sind nur durch 1 und sich selbst teilbar. Ihre Teilermenge enthält nur zwei Elemente. 1 ist keine Primzahl. Für Don Zagier vom Max-Planck-Institut für Mathematik in Bonn "gehören die Primzahlen trotz ihrer einfachen Definition zu den willkürlichsten, widerspenstigsten Objekten, die der Mathematiker studiert. Sie wachsen wie Unkraut unter den natürlichen Zahlen, scheinen keinem anderen Gesetz als dem Zufall unterworfen". Zugleich zeigten sie aber "die ungeheuerlichste Regelmäßigkeit auf und sind durchaus Gesetzen unterworfen, denen sie mit fast peinlicher Genauigkeit gehorchen". Wie findet man ganz große Primzahlen? Das ist bis heute ein Problem. Seit nun mehr als 2000 Jahren suchen Mathematiker nach einer Formel, die aus einer gegebenen Primzahl die nächste berechnet. Eine Formel, die alle Primzahlen generiert kann. Bis heute wurde eine solche Formel nicht gefunden. Ein König, der 100 Gefängniszellen besaß Kennt Ihr die Geschichte von einem Herrscher, der ein Gefängnis mit genau 100 Zellen besaß?
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Ebenso wie die acht, die zehn, die zwölf. 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98 und die 100. Die drei ist eine Primzahl und darf bleiben. Alle Vielfachen von 3, die jetzt hier noch zu sehen sind, sind keine Primzahlen, wie zum Beispiel die neun, die neun ist ja drei mal drei, deshalb ist die neun durch drei teilbar, also schon mal keine Primzahl. Die 15 ist fünf mal drei, deshalb keine Primzahl und muss auch raus. Ebenso wie die 21, die 27, die 33, 39 und die 45, die 51, die 57, 63, 69, 75, 81, 87, die 93 und die 99. Dann haben wir hier jetzt die fünf. Fünf ist eine Primzahl, alle Vielfachen von fünf sind keine Primzahlen. Da haben wir die 25, die muss raus, die 35, die 65, die 55 und noch die 85 und die 95. Die sieben ist eine Primzahl, alle Vielfachen von sieben sind keine Primzahlen, da haben wir noch die 49 und die 77. So, und Du siehst, es sind nur noch gelbe Bälle da, das sind also die Primzahlen von eins bis 100 und damit hat das Sieb funktioniert.
Dann wird die nach der 2 nächste nicht gestrichene Zahl, die 3, umkreist und alle Vielfachen von ihr gestrichen. Jetzt wird die nach der 3 nächste freie Zahl umkreist (die 5) und ihre Vielfachen gestrichen, usw. Den Anfang siehst du im folgenden Beispiel. Fertige eine Tabelle der Zahlen bis 100 an und führe das Schema vollständig durch – umkreist bleiben nur die Primzahlen übrig. "Wenn man eine beliebige natürliche Zahl k wählt und dann 2 k - 1 berechnet, so erhält man stets eine Primzahl, z. 2 2 - 1 = 3". Ist diese Aussage richtig? Begründe. Übrigens: Man nennt Zahlen der Art 2 k - 1 Mersenne-Zahlen. Bei der "Jagd" nach hohen Primzahlen fokussieren sich Mathematiker heute auf diese Zahlen, darunter die Zahl 2 77232917 - 1, die zu Beginn des Jahres 2018 höchste bekannte Primzahl. Sie wurde durch verteiltes Rechnen bestimmt. Mehr dazu findest du im Internet, wenn du nach Mersenne-Zahlen suchst. a. ) Berechne für k = 1 bis 5 fünf verschiedenen Zahlen auf die folgende Art: Multipliziere die ersten k Primzahlen miteinander und addiere 1.