レピュニット

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レピュニット (レピュニット数、レプユニット数、単位反復数、英: repunit) とは 1, 11, 111, 1111, … のように全ての桁の数字が 1である自然数のことである。この名前は repeated unitを省略した単語であり、アルバート・ベイラーが1964年の論文で命名した[注釈 1]。

10進法における n 桁のレピュニットは の形に表される。n = 2, 19, 23, 317, 1031, ... (オンライン整数列大辞典の数列 A004023) のときに、Rn は素数となる。2進法における n 桁のレピュニットはメルセンヌ数 である。レピュニットが素数であるとき、レピュニット素数(またはレプユニット素数、英: Repunit prime)という。レピュニット素数は無限にあると予想されているが、証明されていない。

レピュニットの性質

m が n を割り切るならば、Rm は Rn を割り切る。よって、n が合成数ならば、Rn は合成数となる。

100 を法として 11 と合同な平方数は存在しないから、レピュニットで平方数となるものは 1 だけである。一般に、レピュニットで累乗数となるものは 1 だけであることが知られている (Bugeaud, Mignotte 1999a[2])。

レピュニットは各桁の総乗が 1 となるので、すべてズッカーマン数である。

Rn は、n が3の累乗数のとき(n が 1 = 30 のときも含む)は全てハーシャッド数である。

nの値と必ず含まれる約数
  • 偶数 - 11
    • 4の倍数 - 11・101
    • 6の倍数 - 3・7・11・13・37
  • 3の倍数 - 3・37
  • 5の倍数 - 41・271
  • 7の倍数 - 239・4649
  • 17の倍数 - 2071723・5363222357
など

901型の例

前述のとおり、R2n は11つまりR2 で割り切れる。同様に、2×n桁のR2n は、n桁のRn で割り切れる。さらに、nが奇数のとき、Rn は11で割り切れないから、R2 と Rn は互いに素となる。よって、R2nは、R2 × Rn で割り切れて、その商は、n桁の数 100…1 ÷ 11 の計算値となるから、n−1 桁の数 9090…91 である。

これらの関係を表にまとめると、次のようになる。

n(奇数)2 × nR2nR2nの値(2×n桁) R2 × RnR2 × Rnの値(n+1桁)R2n ÷ R2 ÷ Rnの値(n−1桁)R2n ÷ R2 ÷ Rnの素因数分解
36R6111111=R2 × R31221×917・13
510R101111111111R2 × R51222219091素数
714R1411111111111111R2 × R712222221909091素数
918R18111111111111111111R2 × R91222222221909090917・13・19・52579
1122R221111111111111111111111R2 × R11122222222221909090909111・23・4093・8779

n が偶数のときのR2n、その他 についての例は次のとおり。

  • R12 = 11222211 × 9901
  • R20 = 1222210000122221 × 9091
  • R24 = 112233332211 × 990000999901 = 1111222222221111 × 99990001
  • R28 = 1222222100000012222221 × 909091
  • R36 = 111111222222222222111111× 999999000001
  • R39 = 123333333333321 × 900900900900990990990991
など
  • R6 = 11 × (9091 + 1010)
  • R8 = 11 × (909091 + 101010)
  • R10 = 11 × (90909091 + 10101010)

[3][4][5][6]

1と0だけで表す例

n(10n/2 − 1) / 9[7]10n/2 + 1
R211 × 1111
R41111 × 101101
R63・37111 × 10017・11・13
R811・1011111 × 1000173・137
R1041・27111111 × 10000111・9091
n
R21 × 111 × 11
R3#1 × 111
R4$1 × 111111 × 101
R5%1 × 11111
R6&1 × 111111111 × 1001
#11 × 10101
R7*1 × 1111111
R8$11 × 10101011111 × 10001
R9#111 × 1001001
R10%11 × 10101010111111 × 100001
R12&11 × 10101010101111111 × 1000001
$111 × 1001001001
#1111 × 100010001
R14*11 × 10101010101011111111 × 10000001
n
R61 × 111 × 100191・11
R1211 × 10101 × 10000019901・101
R18111 × 1001001 × 1000000001999001・1001
R241111 × 100010001 × 100000000000199990001・10001
n
R411 × 101
R8101 × 110011
R121001 × 1110001111221001221 × 91
R1610001 × 111100001111
R20100001 × 1111100000111111222210000122221 × 9091
R241000001 × 1111110000001111111221001221001221001221 × 91

累乗数 − 累乗数

[8]

nRn×(10n+1)
[9][10][11]
R2 62 − 5262 − 5262 − 52
R3 562 − 552562 − 552
R4 562 − 4525562 − 5552
R5 55562 − 55552
R6 5562 − 4452555562 − 55555250562 − 504526562 − 5652
R7 5555562 − 5555552
R8 55562 − 44452(省略)
R9 (省略) 5005562 − 5004452
R10 (省略) (省略) 656562 − 565652
R11 (省略)
R12 (省略) (省略) 500055562 − 500044452
R13 (省略)
R14 (省略) (省略) 65656562 − 56565652

レピュニット素数

現在、Rn で n = 2, 19, 23, 317, 1031, 49081 の場合に素数となることが証明されている。しかし桁数が大きい確率的素数 (PRP, probable prime) は素数判定が困難であり、例えば2022年3月に素数であることが証明された R49081 は、1999年に H. Dubner が確率的素数として発見してから P. Underwood によって素数判定されるまで23年を要した[12]。

2007年4月3日、H. Dubner は n=109297 の場合が PRP であると発表し[13]、その後 n≦200000 にはそれ以外の PRP は見つかっていないと報告している[14][リンク切れ]。同年7月15日、M. Voznyy は n=270343 の場合が PRP であると発表した[15]。

2021年4月20日、S. Batalov と R. Propper は n=5794777 を[16]、同年5月8日に n=8177207 を PRP であると発表した[17]。発表時点ではそれぞれが知られている最大の PRP であった。

Rn = (10n − 1) / 9
No.n年発見者素数判定
1 2-- ○
2 19-- ○
3 23-- ○
4 3171978Williams ○
5 10311986Williams, Dubner ○
6 490811999Dubner ○
7 864532000Baxter -
8 1092972007Dubner -
9 2703432007Voznyy -
10 57947772021Batalov, Ryan -
11 81772072021Batalov, Ryan -

(オンライン整数列大辞典の数列 A004023)

レピュニットの素因数分解

レピュニットは、2と5を除く素数の積で構成されている[18]。

基数 10 のレピュニットの R1 から R122 までの素因数分解の一覧を示す[19]。

n が素数の場合は背景のセルを水色にして示す。

※ 素因数の数(含重複)

2022年末現在、素因数分解が完全には計算されていない最小のレピュニットは、n=353に当たる数である。

基数10 のレピュニット Rn (n=1~122) の素因数分解の表
n※素因数分解
 
101
2111 (素数)
323・37
4211・101
5241・271
653・7・11・13・37
72239・4649
8411・73・101・137
9432・37・333667
10411・41・271・9091
11221649・513239
1273・7・11・13・37・101・9901
13353・79・265371653
14411・239・4649・909091
1563・31・37・41・271・2906161
16611・17・73・101・137・5882353
1722071723・5363222357
18932・7・11・13・19・37・52579・333667
1911111111111111111111 (素数)
20711・41・101・271・3541・9091・27961
2173・37・43・239・1933・4649・10838689
227112・23・4093・8779・21649・513239
23111111111111111111111111 (素数)
24103・7・11・13・37・73・101・137・9901・99990001
25541・271・21401・25601・182521213001
26611・53・79・859・265371653・1058313049
27733・37・757・333667・440334654777631
28811・29・101・239・281・4649・909091・121499449
2953191・16763・43037・62003・77843839397
30133・7・11・13・31・37・41・211・241・271・2161・9091・2906161
3132791・6943319・57336415063790604359
321111・17・73・101・137・353・449・641・1409・69857・5882353
3363・37・67・21649・513239・1344628210313298373
34611・103・4013・2071723・5363222357・21993833369
35741・71・239・271・4649・123551・102598800232111471
361232・7・11・13・19・37・101・9901・52579・333667・999999000001
3732028119・247629013・2212394296770203368013
38311・909090909090909091・1111111111111111111
3963・37・53・79・265371653・900900900900990990990991
401111・41・73・101・137・271・3541・9091・27961・1676321・5964848081
41483・1231・538987・201763709900322803748657942361
42153・72・11・13・37・43・127・239・1933・2689・4649・459691・909091・10838689
434173・1527791・1963506722254397・2140992015395526641
4411112・23・89・101・4093・8779・21649・513239・1052788969・1056689261
451032・31・37・41・271・238681・333667・2906161・4185502830133110721
46611・47・139・2531・549797184491917・11111111111111111111111
47235121409・316362908763458525001406154038726382279
48133・7・11・13・17・37・73・101・137・9901・5882353・99990001・9999999900000001
494239・4649・505885997・1976730144598190963568023014679333
501011・41・251・271・5051・9091・21401・25601・182521213001・78875943472201
5183・37・613・210631・2071723・52986961・5363222357・13168164561429877
52911・53・79・101・521・859・265371653・1058313049・1900381976777332243781
534107・1659431・1325815267337711173 ・7198858799491425660200071
541433・7・11・13・19・37・757・52579・333667・70541929・14175966169・440334654777631
55841・271・1321・21649・62921・513239・83251631・1300635692678058358830121
561211・29・73・101・137・239・281・4649・7841・909091・121499449・127522001020150503761
5763・37・21319・10749631・1111111111111111111・3931123022305129377976519
58811・59・3191・16763・43037・62003・77843839397・154083204930662557781201849
5922559647034361・4340876285657460212144534289928559826755746751
60203・7・11・13・31・37・41・61・101・211・241・271・2161・3541・9091・9901・27961・2906161・4188901・39526741
617733・4637・329401・974293・1360682471・106007173861643・7061709990156159479
62511・2791・6943319・57336415063790604359・909090909090909090909090909091
631432・37・43・239・1933・4649・10837・23311・45613・333667・10838689・45121231・1921436048294281
641511・17・73・101・137・353・449・641・1409・19841・69857・976193・5882353・6187457・834427406578561
65741・53・79・271・265371653・162503518711・5538396997364024056286510640780600481
66153・7・112・13・23・37・67・4093・8779・21649・513239・599144041・183411838171・1344628210313298373
673493121・79863595778924342083・28213380943176667001263153660999177245677
681011・101・103・4013・2071723・28559389・1491383821・5363222357・21993833369・2324557465671829
6963・37・277・203864078068831・11111111111111111111111・1595352086329224644348978893
701211・41・71・239・271・4649・9091・123551・909091・4147571・102598800232111471・265212793249617641
712241573142393627673576957439049・45994811347886846310221728895223034301839
721832・7・11・13・19・37・73・101・137・3169・9901・52579・98641・333667・99990001・999999000001・3199044596370769
73312171337159・1855193842151350117・49207341634646326934001739482502131487446637
74711・7253・2028119・247629013・422650073734453・296557347313446299・2212394296770203368013
75123・31・37・41・151・271・4201・21401・25601・2906161・182521213001・15763985553739191709164170940063151
76611・101・722817036322379041・909090909090909091・1111111111111111111・1369778187490592461
778239・4649・5237・21649・42043・513239・29920507・136614668576002329371496447555915740910181043
78153・7・11・132・37・53・79・157・859・6397・216451・265371653・1058313049・388847808493・900900900900990990990991
796317・6163・10271・307627・49172195536083790769・3660574762725521461527140564875080461079917
801511・17・41・73・101・137・271・3541・9091・27961・1676321・5070721・5882353・5964848081・19721061166646717498359681
811334・37・163・757・9397・333667・2462401・440334654777631・676421558270641・130654897808007778425046117
82711・83・1231・538987・2670502781396266997・3404193829806058997303・201763709900322803748657942361
8333367147378267・9512538508624154373682136329・346895716385857804544741137394505425384477
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一般化

10以外の基数に対してもレピュニットを定義することができる。基数 a に対して n 桁のレピュニットは と定義される。

前述のとおり、a = 2 のときのレピュニットはメルセンヌ数である。また、a が素数ならば、これは an−1 の約数の和に一致する。

基数 a ≤ 100 のレピュニットが累乗数となるのは R5(3) = 112, R4(7) = 202, R3(18) = 73 の場合しかない(Bugeaud 1999b[20])。

Fd(x) を d 次の円分多項式とすると、

と表すことができる。

脚注

注釈

  1. ↑ アルバート・ベイラーは、次のとおりに記している:
    A number which consists of a repeated of a single digit is sometimes called a monodigit number, and for convenience the author has used the term “repunit number”(repeated unit) to represent monodigit numbers consisting solely of the digit 1.
    —A. H. Beiler、1964[1]

出典

  1. ↑ Beiler 1964, p. 83.
  2. ↑ Yann Bugeaud; M. Mignotte (1999). “On integers with identical digits”. Mathematika 46: 411–417.
  3. ↑ 电算游戏(六)“901”型的等式队列_屏山老马_新浪博客
  4. ↑ 电算游戏(六)之二“9090…91”型数等式队列_屏山老马_新浪博客
  5. ↑ 1111…1という数(レピュニット)の素因数分解を納得する - アジマティクス
  6. ↑ Aufgaben und Lösungen 1. Runde 2016
  7. ↑ Factors of 10n − 1,10 n + 1,2n − 1 and 2 n + 1.
  8. ↑ World!Of Numbers
  9. ↑ Number Theory の話題(Repunit Number と Zsigmondy's Theorem)
  10. ↑ nombre - onze en maths
  11. ↑ persistance et repdigits
  12. ↑ Paul Underwood (2022年3月21日). “R49081 is prime!”. MersenneForum. 2022年3月29日閲覧。
  13. ↑ Harvey Dubner, R109297 に関するアナウンス、Number Theory List
  14. ↑ “Yahoo! Groups” (英語). groups.yahoo.com. 2018年4月6日閲覧。
  15. ↑ Maksym Voznyy, R270343 に関するアナウンス、Number Theory List
  16. ↑ “New repunit (PRP) primes found”. MersenneForum (2021年4月20日). 2022年3月29日閲覧。
  17. ↑ “It is R8177207”. MersenneForum (2021年5月8日). 2022年3月29日閲覧。
  18. ↑ 『レプユニット数』 - 高校数学の美しい物語
  19. ↑ 鎌田誠. “11...11 (レピュニット) の素因数分解”. STUDIO KAMADA. 2022年3月29日閲覧。
  20. ↑ Yann Bugeaud, On the Diophantine equation , Number Theory (Turku, 1999), de Gruyter, 2001, pp. 19–24.

参考文献

  • Beiler, Albert H. (2013) [1964], Recreations in the Theory of Numbers: The Queen of Mathematics Entertains, Dover Recreational Math (2nd Revised ed.), New York: Dover Publications, ISBN 978-0-486-21096-4, https://books.google.co.jp/books?id=NbbbL9gMJ88C 
  • Dickson, Leonard Eugene; Cresse, G.H. (1999-04-24), History of the Theory of Numbers, AMS Chelsea Publishing, Volume I (2nd Reprinted ed.), Providence, Rhode Island: American Mathematical Society, ISBN 978-0-8218-1934-0, https://books.google.co.jp/books?id=XnwsAQAAIAAJ 
  • Francis, Richard L. (1988-05), “Mathematical Haystacks: Another Look at Repunit Numbers”, The College Mathematics Journal 19 (3): 240-246 
  • Ribenboim, Paulo (1996-02-02), The New Book of Prime Number Records, Computers and Medicine (3rd ed.), New York: Springer, ISBN 978-0-387-94457-9, https://books.google.co.jp/books?id=2VTSBwAAQBAJ 
  • Yates, Samuel (1982-05), Repunits and repetends, FL: Delray Beach, ISBN 978-0-9608652-0-8, https://books.google.co.jp/books?id=3_vuAAAAMAAJ 

関連項目

外部リンク