lunes, 23 de mayo de 2016

Volvemos a los números arolmar (6) Semiprimos arolmar enlazados


Vimos en la anterior entrada dedicada a este tema

(http://hojaynumeros.blogspot.com.es/2016/04/volvemos-los-numeros-arolmar-5.html)

que cada semiprimo arolmar está determinado por un par de primos cuya media es otro primo. Podíamos intentar enlazar el tercer primo de la terna con un cuarto primo (el menor posible) que también formara un arolmar con el tercero. Según la tabla incluida en la anterior entrada


21=3*7 está enlazado con 133=7*19, con lo que los tres primos 3, 7 y 19 están enlazados con sus medias 5 y 11 y sus números arolmar 21 y 133. El 33=3*11 está enlazado con 253=11*23.

Igual que conjeturamos que a cada primo P le correspondía un arolmar semiprimo cuyos factores primos sumaran 2P, ahora podemos intentar que dado un primo P, encontrar otro primo cuya media con el primero también sea prima. Así, las cadenas de semiprimos arolmar enlazados alcanzarían una longitud infinita.

Hemos implementado esta búsqueda de un segundo primo en hoja de cálculo, con lo que podemos crear cadenas de primos enlazados con media prima entre cada dos consecutivos. Su código es el siguiente:

Public Function proxprimrol(p)
Dim pr, prox
Dim es As Boolean

If Not esprimo(p) Then proxprimrol = 0: Exit Function ‘Si no es primo se devuelve un cero
pr = p + 1 ‘La variable pr busca el siguiente primo válido
es = True ‘Control del WHILE
prox = 0
While es
pr = primprox(pr) ‘Busca los primos siguientes
If esprimo((p + pr) / 2) Then prox = pr: es = False ‘Si la media es prima, lo hemos encontrado
Wend
proxprimrol = prox
End Function

En esta función nos hemos arriesgado a que se entre en un bucle sin fin si no se encuentra el siguiente primo, pero confiamos en la conjetura de que todo primo encontrará su pareja.

En una primera exploración podemos observar que todos los primos se encadenan con otros mayores, y que se forman cadenas que al principio son independientes, pero que al final aparecen términos comunes. En la siguiente tabla están ordenados por columnas:


Calcula mentalmente la media entre dos consecutivos de una misma columna y verás que el resultado es primo: (61+73)/2=67, (109+193/2=151…

Observamos que los primos 3, 5, 11, 13, 31, 37 y 41 inician cadenas independientes (al principio), pero algunas de ellas desembocan en un elemento común. Por ejemplo. El 53 tiene como antecesores el 29 y el 41, ya que (29+53)/2=41, primo, y (41+53)/2=47, también primo. No se incluye el 2 porque su carácter par lo invalida para esta operación.

Otros primos, como el 7, tienen antecedentes, y no inician cadena (ya que (3+7)/2=5, primo).

Elementos primarios

¿Qué números primos no tienen antecedentes? Conocemos por la tabla que parecen no tener el 3, 5, 11 y 13 (luego veremos que no es cierto, pues el 11 sí tiene antecedente 3). A aquellos que no provienen de otros en la cadena les llamaremos primarios. Un número primo será de este tipo si no forma media prima con ninguno de los primos menores que él. Como siempre, resolveremos esta cuestión con una función, que recorra los primos menores que el dado y busque si forman media prima con él. Puede ser esta:

Public Function esprimario(p) As Boolean 
Dim prev
Dim espr As Boolean

If Not esprimo(p) Then esprimario = False: Exit Function
prev = primant(p) ‘comenzamos la búsqueda con el primo anterior
espr = True
While espr And prev > 0
If esprimo((prev + p) / 2) Then espr = False ‘Si aparece media prima, no es primario
prev = primant(prev) ‘seguimos descendiendo en la lista de primos
Wend
esprimario = espr
End Function

Al aplicar esta función nos llevamos una sorpresa: los únicos primarios que resultan son 3, 5, 13 y 37. Hemos buscado en números mayores sin encontrar ningún otro. Los demás poseen un antecedente en la cadena. Si no aparecen claramente en la tabla anterior es porque se construyó con primos de este tipo consecutivos, y no han de serlo. Por ejemplo, un antecedente de 11 es el 3, porque (11+3)/2=7 es primo. Si modificamos ligeramente la función anterior, podemos construir una tabla de antecedentes mayores, los más próximos al primo dado:



Figuran con un cero los elementos primarios. Para quienes se interesen por la programación, adjuntamos su código:

Public Function antec(p)
Dim prev, espr

If Not esprimo(p) Then antec = 0: Exit Function
prev = primant(p)
espr = 0
While espr = 0 And prev > 0
If esprimo((prev + p) / 2) Then espr = prev
prev = primant(prev)
Wend
antec = espr
End Function

Al recorrer la tabla descubrimos algo muy interesante, y es que si formamos cadenas descendentes con cada primo y su antecedente mayor, al final desembocaremos en 3, 5, 13 o 37. Por ejemplo, elegimos un elemento de la tabla, sea el 109. Buscando en la misma iremos descendiendo mediante antecedentes: 109 – 97 – 61 – 13. Otro: 101 – 41 – 17 – 5.

Conjetura: Si se forma una cadena a partir de un número primo insertando en cada tramo el máximo primo que forma media prima con el anterior, el proceso terminará en 3, 5, 13 o 37. 

Esta propiedad divide a los números primos en cuatro clases, según sea el final de su cadena de antecedentes. Estas clases son disjuntas, porque el final es único, y abarcan todos los números primos salvo 3, 5, 13 o 37 o bien otro mayor que se descubra algún día como contraejemplo de la conjetura. Aquí las tienes:



La primera está formada por todos los primos que se encadenan hasta el 3, y son todos del tipo 4K+3. Las dos siguientes desembocan en 5 y 13 respectivamente. Su tipo es 4K+1. La cuarta clase, sorprendentemente, sólo está formada por el número 37. Ningún primo superior parece terminar su serie de antecedentes en el 37

Como observación empírica, destacamos que las diferencias entre términos en la primera clase son menores (en promedio) que las de la segunda y las de esta con la tercera.

Si a cada elemento de estas cuatro clases le calculamos la media con su antecedente, no aparecen regularidades en los tipos 4K+1 y 4K+3.

Semiprimos arolmar maximales

Si en las clases anteriores multiplicamos cada primo con su antecedente, resultan números arolmar semiprimos maximales, es decir, los mayores engendrados por una media prima.



La cuarta clase no puede producir semiprimos. En la tabla tienes los primeros en las tres primeras clases. Comprobarás que no están todos los arolmar semiprimos.

Al igual que los primos arolmar presentaban una correspondencia biyectiva con los números primos (ver entrada anterior), y eran elementos minimales, esto no se da con los maximales, pues no todo doble de un número primo se puede descomponer en un primo sumado con su antecedente.

Grado de equilibrio en un número arolmar

Las ideas que hemos estado manejando, de primos arolmar y semiprimos maximales podrían concretarse en un índice entre 0 y 1 que midiera el grado de equilibrio existente entre los dos primos constituyentes de un semiprimo arolmar. El cálculo que nos parece más adecuado es el del cociente entre el primo menor y el mayor. Así, los semiprimos maximales tendrán un índice cercano a 1, y los primos arolmar presentarán un valor pequeño. Aquí tienes los índices de los primeros semiprimos arolmar:


Entre los semiprimos arolmar menores que 10000 el más equilibrado (maximal en su clase de suma de factores 146) es el 5293=67*79, con una media prima de 73 y el más desequilibrado 9993=3*3331, de media prima 1667.