n ∈ N. Behauptung: Ist n⁴ + 4 eine Primzahl, so ist n = 1. Vervollständige den Beweis.

Question

n ∈ N. Behauptung: Ist n⁴ + 4 eine Primzahl, so ist n = 1. Vervollständige den Beweis.

Antwort

Verwandte Fragen

Welche ist die kleinste Primzahl, die als Summe dreier aufeinanderfolgender Quadratzahlen dargestellt werden kann?

Wie erkennt man, ob eine große Zahl eine Primzahl ist?

Ist die Riemannsche Vermutung bewiesen?

Beweis des Satzes von Vieta

Einfacher Beweis des Satzes von Vieta.

(A^3 - b^3)(a^3 + b^3)?

Accepted Answer

Um die Behauptung zu beweisen, dass \( n^4 + 4 \) nur dann eine Primzahl ist, wenn \( n = 1 \), betrachten wir den Fall, wenn \( n > 1 \). Wir können \( n^4 + 4 \) umformen: \[ n^4 + 4 = n^4 + 4n^2 + 4 - 4n^2 = (n^2 + 2)^2 - (2n)^2 \] Dies ist eine Differenz von Quadraten, die sich wie folgt faktorisieren lässt: \[ n^4 + 4 = (n^2 + 2 - 2n)(n^2 + 2 + 2n) \] Nun setzen wir \( p = n^4 + 4 \) und betrachten die beiden Faktoren: 1. \( n^2 + 2 - 2n \) 2. \( n^2 + 2 + 2n \) Für \( n > 1 \) sind beide Faktoren größer als 1: - Der erste Faktor \( n^2 + 2 - 2n = (n-2)^2 + 2 \) ist für \( n \geq 2 \) immer positiv und größer als 1. - Der zweite Faktor \( n^2 + 2 + 2n = (n+2)^2 \) ist ebenfalls für \( n \geq 2 \) immer positiv und größer als 1. Da beide Faktoren größer als 1 sind, ist das Produkt \( (n^2 + 2 - 2n)(n^2 + 2 + 2n) \) für \( n > 1 \) kein Primzahl, da eine Primzahl nur zwei positive Teiler hat: 1 und sich selbst. Somit folgt, dass \( n^4 + 4 \) nur dann eine Primzahl sein kann, wenn \( n = 1 \). Für \( n = 1 \) ergibt sich: \[ 1^4 + 4 = 1 + 4 = 5 \] 5 ist eine Primzahl. Daher ist die Behauptung bewiesen: Ist \( n^4 + 4 \) eine Primzahl, so muss \( n = 1 \) sein.

Accepted Answer

Gesucht ist die kleinste Primzahl, die als Summe dreier aufeinanderfolgender Quadratzahlen geschrieben werden kann. Bezeichne die drei aufeinanderfolgenden Zahlen als \( n-1 \), \( n \), \( n+1 \). D... [mehr]

Accepted Answer

Gesucht ist die kleinste Primzahl, die als Summe dreier aufeinanderfolgender Quadratzahlen geschrieben werden kann. Bezeichne die drei aufeinanderfolgenden Zahlen als \( n-1 \), \( n \), \( n+1 \). Deren Quadrate sind: \[ (n-1)^2, \quad n^2, \quad (n+1)^2 \] Die Summe ist: \[ (n-1)^2 + n^2 + (n+1)^2 = (n^2 - 2n + 1) + n^2 + (n^2 + 2n + 1) \] \[ = n^2 - 2n + 1 + n^2 + n^2 + 2n + 1 \] \[ = 3n^2 + 2 \] Nun suchen wir die kleinste Primzahl, die sich als \( 3n^2 + 2 \) schreiben lässt. Setze n = 1: \[ 3 \cdot 1^2 + 2 = 3 + 2 = 5 \quad \text{(Primzahl)} \] Setze n = 2: \[ 3 \cdot 4 + 2 = 12 + 2 = 14 \quad \text{(keine Primzahl)} \] Setze n = 3: \[ 3 \cdot 9 + 2 = 27 + 2 = 29 \quad \text{(Primzahl)} \] Die kleinste ist also **5**. **Antwort:** Die kleinste Primzahl, die als Summe dreier aufeinanderfolgender Quadratzahlen geschrieben werden kann, ist **5**.

Accepted Answer

Um zu erkennen, ob eine große Zahl eine Primzahl ist, gibt es verschiedene Methoden. Für sehr große Zahlen werden meist spezielle Algorithmen verwendet, da das klassische Probieren al... [mehr]

Accepted Answer

Um zu erkennen, ob eine große Zahl eine Primzahl ist, gibt es verschiedene Methoden. Für sehr große Zahlen werden meist spezielle Algorithmen verwendet, da das klassische Probieren aller Teiler zu aufwendig wäre. Hier sind die wichtigsten Ansätze: 1. **Klassische Teilbarkeitsprüfung:** Man prüft, ob die Zahl durch eine kleinere Zahl (größer als 1 und kleiner als die Wurzel der Zahl) teilbar ist. Das ist für sehr große Zahlen aber nicht praktikabel. 2. **Probabilistische Tests:** Diese liefern mit hoher Wahrscheinlichkeit das richtige Ergebnis, sind aber nicht absolut sicher. Beispiele: - **Fermat-Test** - **Miller-Rabin-Test** ([Wikipedia-Link](https://de.wikipedia.org/wiki/Miller-Rabin-Test)) - **Solovay-Strassen-Test** 3. **Deterministische Tests:** Diese liefern immer das richtige Ergebnis, sind aber meist aufwändiger. Beispiele: - **AKS-Primzahltest** ([Wikipedia-Link](https://de.wikipedia.org/wiki/AKS-Primzahltest)) - Für kleinere Zahlen: **Einfache Siebverfahren** wie das Sieb des Eratosthenes **In der Praxis:** Für sehr große Zahlen (z.B. in der Kryptographie) werden meist die probabilistischen Tests wie der Miller-Rabin-Test verwendet, weil sie schnell sind und eine sehr hohe Sicherheit bieten. **Zusammengefasst:** Um zu erkennen, ob eine große Zahl eine Primzahl ist, nutzt man in der Praxis schnelle, probabilistische Algorithmen wie den Miller-Rabin-Test. Für absolute Sicherheit gibt es auch deterministische Tests, die aber langsamer sind.

Accepted Answer

Nein, die Riemannsche Vermutung ist bislang nicht bewiesen. Sie gehört zu den berühmtesten ungelösten Problemen der Mathematik. Die Vermutung wurde 1859 von Bernhard Riemann formuliert... [mehr]

Accepted Answer

Nein, die Riemannsche Vermutung ist bislang nicht bewiesen. Sie gehört zu den berühmtesten ungelösten Problemen der Mathematik. Die Vermutung wurde 1859 von Bernhard Riemann formuliert und besagt, dass alle nicht-trivialen Nullstellen der Riemannschen Zetafunktion den Realteil 1/2 haben. Trotz vieler Teilerfolge und intensiver Forschung gibt es bis heute keinen allgemein anerkannten Beweis. Die Riemannsche Vermutung ist eines der sieben Millennium-Probleme des Clay Mathematics Institute, für deren Lösung jeweils ein Preis von einer Million US-Dollar ausgelobt ist. Weitere Informationen findest du zum Beispiel auf der [Seite des Clay Mathematics Institute](https://www.claymath.org/millennium-problems/riemann-hypothesis).

Accepted Answer

Der Satz von Vieta beschreibt die Beziehungen zwischen den Koeffizienten eines Polynoms und den Wurzeln dieses Polynoms. Für ein quadratisches Polynom der Form \( ax^2 + bx + c = 0 \) mit den Wur... [mehr]

Accepted Answer

Der Satz von Vieta beschreibt die Beziehungen zwischen den Koeffizienten eines Polynoms und den Wurzeln dieses Polynoms. Für ein quadratisches Polynom der Form \( ax^2 + bx + c = 0 \) mit den Wurzeln \( x_1 \) und \( x_2 \) gilt: 1. Die Summe der Wurzeln: \( x_1 + x_2 = -\frac{b}{a} \) 2. Das Produkt der Wurzeln: \( x_1 \cdot x_2 = \frac{c}{a} \) Der Beweis erfolgt durch Anwendung der Mitternachtsformel zur Bestimmung der Wurzeln eines quadratischen Polynoms. Wenn man die Wurzeln \( x_1 \) und \( x_2 \) aus der Formel \( x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a} \) ableitet, kann man die oben genannten Beziehungen ableiten. Für höhere Grade von Polynomen gibt es ähnliche Beziehungen, die die Summe und das Produkt der Wurzeln in Bezug auf die Koeffizienten des Polynoms darstellen.

Accepted Answer

Der Satz von Vieta beschreibt die Beziehungen zwischen den Koeffizienten eines Polynoms und den Wurzeln dieses Polynoms. Für ein quadratisches Polynom der Form \( ax^2 + bx + c = 0 \) mit den Wur... [mehr]

Accepted Answer

Der Satz von Vieta beschreibt die Beziehungen zwischen den Koeffizienten eines Polynoms und den Wurzeln dieses Polynoms. Für ein quadratisches Polynom der Form \( ax^2 + bx + c = 0 \) mit den Wurzeln \( x_1 \) und \( x_2 \) gilt: 1. Die Summe der Wurzeln: \( x_1 + x_2 = -\frac{b}{a} \) 2. Das Produkt der Wurzeln: \( x_1 \cdot x_2 = \frac{c}{a} \) **Ein einfacher Beweis:** 1. **Polynom umformen:** Beginne mit der allgemeinen Form des quadratischen Polynoms: \[ ax^2 + bx + c = 0 \] 2. **Wurzeln ausdrücken:** Angenommen, die Wurzeln \( x_1 \) und \( x_2 \) sind Lösungen der Gleichung. Dann kann das Polynom auch als Produkt der Wurzeln geschrieben werden: \[ a(x - x_1)(x - x_2) = 0 \] 3. **Ausmultiplizieren:** Multipliziere die Klammern aus: \[ a(x^2 - (x_1 + x_2)x + x_1x_2) = 0 \] Dies ergibt: \[ ax^2 - a(x_1 + x_2)x + ax_1x_2 = 0 \] 4. **Vergleich der Koeffizienten:** Vergleiche die Koeffizienten mit der ursprünglichen Form \( ax^2 + bx + c = 0 \): - Der Koeffizient von \( x \) gibt uns \( -a(x_1 + x_2) = b \), was zu \( x_1 + x_2 = -\frac{b}{a} \) führt. - Der konstante Term ergibt \( ax_1x_2 = c \), was zu \( x_1 \cdot x_2 = \frac{c}{a} \) führt. Somit sind die Beziehungen, die der Satz von Vieta beschreibt, bewiesen.

Accepted Answer

Der Ausdruck \((A^3 - B^3)(A^3 + B^3)\) kann mithilfe der Identität für die Differenz und die Summe von Kuben vereinfacht werden. Zuerst erkennen wir, dass: \[ A^3 - B^3 = (A - B)(A^2 + A... [mehr]

Accepted Answer

Der Ausdruck \((A^3 - B^3)(A^3 + B^3)\) kann mithilfe der Identität für die Differenz und die Summe von Kuben vereinfacht werden. Zuerst erkennen wir, dass: \[ A^3 - B^3 = (A - B)(A^2 + AB + B^2) \] und \[ A^3 + B^3 = (A + B)(A^2 - AB + B^2) \] Wenn wir diese beiden Identitäten kombinieren, erhalten wir: \[ (A^3 - B^3)(A^3 + B^3) = (A - B)(A^2 + AB + B^2)(A + BA^2 - AB + B^2) \] Das Produkt \((A^3 - B^3)(A^3 + B^3)\) kann auch als \((A^6 - B^6)\) geschrieben werden, da es sich um die Differenz der sechsten Potenzen handelt. Zusammenfassend ergibt sich: \[ (A^3 - B^3)(A^3 + B^3) = A^6 - B^6 \]