Alkuluvut

Tehtävät on jaoteltu värin mukaan helppoihin, perus ja vaikeisiin tehtäviin.

Tehtävä 1. Todista, onko luku alkuluku vai yhdistetty luku.

a) 17
b) 27
c) 71
d) 221

a) 174,123\sqrt{17}\approx4,123 , todistamiseen riittää saatua lukua pienemmät alkuluvut eli 2 ja 3.
172=8,5\frac{17}{2}=8,5

1735,667\frac{17}{3}\approx5,667
vastaus: Luku 17 on alkuluku, koska kokeilluista jakolaskuista mikään ei mene tasan.

b) 275,196\sqrt{27}\approx5,196 , todistamiseen riittää saatua lukua pienemmät alkuluvut eli 2, 3 ja 5.
272=13,5\frac{27}{2}=13,5

273=9\frac{27}{3}=9

275=5,4\frac{27}{5}=5,4
vastaus: Luku 27 ei ole alkuluku, koska se on jaollinen luvulla 3.

c) 718,426\sqrt{71}\approx8,426 , todistamiseen riittää saatua lukua pienemmät alkuluvut eli 2, 3, 5 ja 7.
712=35,5\frac{71}{2}=35{,}5

71323,667\frac{71}{3}\approx23,667

715=14,2\frac{71}{5}=14,2

71710,143\frac{71}{7}\approx10,143
vastaus: Luku 71 on alkuluku, koska kokeilluista jakolaskuista yksikään ei mene tasan.

d) 22114,866\sqrt{221}\approx14,866, todistamiseen riittää lukua 14 pienemmät alkuluvut eli 2, 3, 5, 7, 11 ja 13.
2212=110,5\frac{221}{2}=110,5

221373,667\frac{221}{3}\approx73,667

2215=44,2\frac{221}{5}=44,2

221731,571\frac{221}{7}\approx31,571

2211120,09\frac{221}{11}\approx20,09

22113=17\frac{221}{13}=17
vastaus: Luku 221 ei ole alkuluku, koska se on jaollinen luvulla 13.

Tehtävä 2.1. Jaa annetut luvut alkutekijöihin.

a) 66
b) 90
c) 24
d) 20

a) 23112\cdot3\cdot11
b) 23352\cdot3\cdot3\cdot5
c) 22232\cdot2\cdot2\cdot3
d) 3553\cdot5\cdot5

Tehtävä 2.2. Tutki, onko tehtävän 1.1. kohdat jaollisia seuraavilla luvuilla

a) 6
b) 9
c) 15

a) Luvulla 6 jaollisia ovat a, b ja c.
b) Luvulla 9 jaollinen on b.
c) Luvulla 15 jaollisia ovat b ja d.

Tehtävä 3. Toteuta Eratostheneen seula ja selvitä sen avulla kaikki alkuluvut väliltä 2-20.

Eratostheneen seulaa varten luotu taulukko. Luvut 2-20 jokainen omassa solussa.

Vastaus: Alkulukuja ovat 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17 ja 19.

Tehtävä 4. Selvitä annettujen lukujen suurin yhteinen tekijä eli syt alkulukuhajotelman avulla.

a) 9, 36
b) 35, 55
c) 156, 221, 1170
d) 105, 252, 343

a) vastaus: 9
9=33=329=3\cdot3=3^2
36=218=229=2233=223236=2\cdot18=2\cdot2\cdot9=2\cdot2\cdot3\cdot3=2^2\cdot3^2

b) vastaus: 5
35=56=532=23535=5\cdot6=5\cdot3\cdot2=2\cdot3\cdot5
55=51155=5\cdot11

c) vastaus: 13
156=278=2239=22313=22313156=2\cdot78=2\cdot2\cdot39=2\cdot2\cdot3\cdot13=2^2\cdot3\cdot13
221=1317221=13\cdot17
1170=2585=25117=25139=251333=2325131170=2\cdot585=2\cdot5\cdot117=2\cdot5\cdot13\cdot9=2\cdot5\cdot13\cdot3\cdot3=2\cdot3^2\cdot5\cdot13

d) vastaus: 7
105=521=573=357105=5\cdot21=5\cdot7\cdot3=3\cdot5\cdot7
252=2126=2263=2279=22733=22327252=2\cdot126=2\cdot2\cdot63=2\cdot2\cdot7\cdot9=2\cdot2\cdot7\cdot3\cdot3=2^2\cdot3^2\cdot7
343=749=777=73343=7\cdot49=7\cdot7\cdot7=7^3

Tehtävä 5. Selvitä annettujen lukujen pienin yhteinen monikerta eli pym alkulukuhajotelman avulla.

a) 9, 36
b) 28, 98
c) 24, 120, 189
d) 12, 18, 27

a) vastaus: 36
9=33=329=3\cdot3=3^2
36=218=229=2233=223236=2\cdot18=2\cdot2\cdot9=2\cdot2\cdot3\cdot3=2^2\cdot3^2
pym(9,36)=2232=49=36pym(9,36)=2^2\cdot3^2=4\cdot9=36 tai pym(9,36)=936syt(9,36)=3249=36pym(9,36)=\frac{9\cdot36}{syt(9,36)}=\frac{324}{9}=36

b) vastaus: 196
28=214=227=22728=2\cdot14=2\cdot2\cdot7=2^2\cdot7
98=249=277=27298=2\cdot49=2\cdot7\cdot7=2\cdot7^2
pym(28,98)=2272=449=196pym(28,98)=2^2\cdot7^2=4\cdot49=196 tai pym(28,98)=2898syt(28,98)=274414=196pym(28,98)=\frac{28\cdot98}{syt(28,98)}=\frac{2 744}{14}=196

c) vastaus: 216
24=212=226=2223=23324=2\cdot12=2\cdot2\cdot6=2\cdot2\cdot2\cdot3=2^3\cdot3
120=260=2230=22215=22235=2335120=2\cdot60=2\cdot2\cdot30=2\cdot2\cdot2\cdot15=2\cdot2\cdot2\cdot3\cdot5=2^3\cdot3\cdot5
189=363=3321=3337=337189=3\cdot63=3\cdot3\cdot21=3\cdot3\cdot3\cdot7=3^3\cdot7
pym(24,120,189)=2333=827=216pym(24,120,189)=2^3\cdot3^3=8\cdot27=216

d) vastaus: 108
12=26=223=22312=2\cdot6=2\cdot2\cdot3=2^2\cdot3
18=29=233=23218=2\cdot9=2\cdot3\cdot3=2\cdot3^2
27=39=333=3327=3\cdot9=3\cdot3\cdot3=3^3
pym(12,18,27)=2233=427=108pym(12,18,27)=2^2\cdot3^3=4\cdot27=108

Tehtävä 6. Toteuta Eratostheneen seula ja selvitä sen avulla kaikki alkuluvut väliltä 2000-2026.

Malli ratkaisu:

Kuvassa esitellään vaihe vaiheelta Eratostheneen seula, kun koitetaan löytää alkuluvut väliltä 2000-2026.

vastaus: 2003, 2011 ja 2017

Tehtävä 7. Mersennen alkuluvut.

Tutki seuraavilla eksponentteja:
p=2, 3, 4, 5, 7, 11

a) Laske vastaavat Mersennen luvut Mp=2p1M_p=2^p-1
b) Todista, mitkä a-kohdan luvuista ovat alkulukuja.
c) Mikä ehto eksponentille pp täytyy toteutua, jotta MpM_p​ voi olla alkuluku? Selitä omin sanoin.

a)

p2p2^pMp=2p1M_p=2^p-1
222=42^2=4M2=41=3M_2=4-1=3
323=82^3=8M3=81=7M_3=8-1=7
424=162^4=16M4=161=15M_4=16-1=15
525=322^5=32M5=321=31M_5=32-1=31
727=1282^7=128M7=1281=127M_7=128-1=127
11211=20482^{11}=2048M11=20481=2047M_{11}=2048-1=2047

b)
M2=3M_2=3 on alkuluku
M3=7M_3=7 on alkuluku
M4=15M_4=15 ei ole alkuluku, koska 153=5\frac{15}{3}=5
M5=31M_5=31 on alkuluku
M7=127M_7=127 on alkuluku
M11=2047M_{11}=2047 ei ole alkuluku, koska 204723=89\frac{2047}{23}=89

c) Jotta MpM_p voi olla alkuluku tulee myös pp:n olla alkuluku. (HUOM! Kaikki alkuluvut eivät kuitenkaan tuota Mersennen alkulukua.)

Tehtävä 8. Selvitä suurin nelinumeroinen alkuluku.

Voit käyttää apuna esimerkiksi Eratostheneen seulaa ja rajata tutkittavan alueen 9900-9999 tai seuloa luvut suurimmasta nelinumeroisesta luvusta alaspäin.

Esimerkki ratkaisuja:

Vastaus: Suurin nelinumeroinen alkuluku on 9973.

99993=3333\frac{9999}{3}=3333, 99982=4999\frac{9998}{2}=4999, 999713=769\frac{9997}{13}=769, 99962=4998\frac{9996}{2}=4998, 99955=1999\frac{9995}{5}=1999, 99942=4997\frac{9994}{2}=4997, 99933=3331\frac{9993}{3}=3331, 99922=4996\frac{9992}{2}=4996,

999197=103\frac{9991}{97}=103, 99902=4995\frac{9990}{2}=4995, 99897=1427\frac{9989}{7}=1427, 99882=4994\frac{9988}{2}=4994, 99873=3329\frac{9987}{3}=3329, 99862=4993\frac{9986}{2}=4993, 99855=1997\frac{9985}{5}=1997, 99842=4992\frac{9984}{2}=4992,

998367=149\frac{9983}{67}=149, 99822=4991\frac{9982}{2}=4991, 99813=3327\frac{9981}{3}=3327, 99802=4990\frac{9980}{2}=4990, 997917=587\frac{9979}{17}=587, 99782=4989\frac{9978}{2}=4989, 997711=907\frac{9977}{11}=907, 99762=4988\frac{9976}{2}=4988,

99755=1995\frac{9975}{5}=1995, 99742=4987\frac{9974}{2}=4987, 9973 ei ole jaollinen kuin itsellään ja 1.

Vastaus: 9973

Tällä tekniikalla voidaan myös sulkea pois suoraan 2 ja 5 jaolliset luvut, koska ne havaitaan helposti:

99993=3333\frac{9999}{3}=3333, 999713=769\frac{9997}{13}=769, 99933=3331\frac{9993}{3}=3331, 999197=103\frac{9991}{97}=103, 99897=1427\frac{9989}{7}=1427, 99873=3329\frac{9987}{3}=3329,

998367=149\frac{9983}{67}=149, 99813=3327\frac{9981}{3}=3327, 997917=587\frac{9979}{17}=587, 997711=907\frac{9977}{11}=907, 9973 ei ole jaollinen kuin itsellään ja 1.

Vastaus: 9973