Secretos de los numeros primos

INTRODUCCIÓN
Si queremos contar la historia de un hecho, de un
concepto, si queremos exponer sus propiedades, sus
características, es obligado comenzar con unas defini-
ciones, no sólo las que afecten directamente al concep-
to, número primo en este caso, sino también otras aso-
ciadas al mismo y que va a constituir el hilo conductor
de este trabajo.
Supongamos p > 1 un entero perteneciente al con-
junto N={0, 1, 2, 3, ...} de los números naturales. Se
dice que p es un número primo absoluto o, simple-
mente, primo, cuando los únicos divisores que admite
en ese campo de los naturales es el 1 y el propio p.
Según este criterio de la definición, son primos los
números 2, 3, 5, 7, 11, .... No lo son, 4, 6, 8, 9, 10,....
Cualquier número natural que no sea primo, deci-
mos que es compuesto. En este último caso, tal núme-
ro equivale al producto de varios primos. Por ejemplo,
el número compuesto 20, puede escribirse como
20 = 2 . 2 . 5 = 22.5
Por ello, se establece el teorema en el que se
demuestra que todo número compuesto m ∈ N, puede
siempre expresarse mediante un producto formado por
sólo factores primos. Es lo que conocemos como des-
LOS CINCUENTA PRIMEROS NÚMEROS PRIMOS
p1 = 2 p2 = 3 p3 = 5 p4 = 7 p5 = 11 p6 = 13 p7 = 17
p8 = 19 p9 = 23 p10 = 29 p11 = 31 p12 = 37 p13 = 41 p14 = 43
p15 = 47 p16 = 53 p17 = 59 p18 = 61 p19 = 67 p20 = 71 p21 = 73
p22 = 79 p23 = 83 p24 = 89 p25 = 97 p26 = 101 p27 = 103 p28 = 107
p29 = 109 p30 = 113 p31 = 127 p32 = 131 p33 = 137 p34 = 139 p35 = 149
p36 = 151 p37 = 157 p38 = 163 p39 = 167 p40 = 173 p41 = 179 p42 = 181
p43 = 191 p44 = 193 p45 = 197 p46 = 199 p47 = 211 p48 = 223 p49 = 227
p50 = 229
87Autores científico-técnicos y académicos
Dr. Félix García Merayo
Profesor Titular de Unversisdad-UPM.
Vicepresidente de ACTA
Secretos de los
números primos
Secretos de los
números primos

composición factorial de un número compuesto. Des-
composición que, por otra parte, es única.
Es una convención considerar que los números 0 y
1, no son primos ni compuestos.
Puede darse una interpretación geométrica de las
nociones de número primo y compuesto. En efecto; si un
entero m es compuesto, entonces puede disponerse de
forma regular en un rectángulo completo, pero no reduci-
do a una sola línea. Si m es primo, esa disposición no
puede conseguirse. Por ejemplo, 6 y 12, que son compues-
tos, pueden colocarse en forma rectangular como se indi-
ca en la Figura 1. Mientras que 5, no conseguiremos distri-
buirlo en un auténtico rectángulo: es un número primo.
Figura 1. Representación geométrica
de compuestos y primos.
Tendremos necesariamente también que definir múl-
tiplos y divisores. Los productos de un número entero a
por los enteros 1, 2, 3, ... reciben el nombre de múlti-
plos de a. También se dice que a es un divisor o sub-
múltiplo de b, si podemos encontrar un entero r que al
multiplicarlo por a nos da b. En teoría de números, eso
se expresa como b=a.r. Así, entre los múltiplos de 7
estarían, 7x1=7, 7x2=14, 7x3=21, ...Y entre los divi-
sores de 40, se encuentran 2, 4, 5, 10, ....
Introducida la noción de múltiplo, sabemos intuitiva-
mente que los números enteros se distribuyen en dos gru-
pos: los que son múltiplos de 2, que se denominan núme-
ros pares; los restantes, son los números impares.
Una de las primeras nociones de la aritmética,
aprendida de pequeños, es el concepto de cociente
exacto de dos números naturales p, dividendo, y q≠0,
divisor. Se trata de realizar una operación para encon-
trar otro número natural r, tal que al multiplicarlo por el
divisor obtengamos el dividendo, es decir, que sea,
p=q.r. Tal división, que no siempre es posible, recibe el
nombre de división exacta. Por ejemplo, 10/5=2 y 2
es el cociente exacto de la división también exacta, 10/5.
No es posible, sin embargo, encontrar un cociente exac-
to para la división 10/3.
Por ello, también se definen los cocientes enteros
de las divisiones no exactas. Sean D y d, D ≥ d, dos
números naturales no nulos y q otro natural tal que
cumpla
qd ≤ D < (q+1) d
Entonces, q y q+1 son, respectivamente, los
cocientes enteros por defecto y por exceso de la
división entera D/d. Por ejemplo, la división 13/3 no
es exacta desde el punto de vista de buscar un cociente
entero único. Pero su cociente entero por defecto es 4 y
el correspondiente por exceso será 4+1=5. Los enteros
4 y 5 cumplen la desigualdad propuesta anteriormente:
4.3 < 13 < (4+1).3.
En otros lugares de este artículo nos veremos obliga-
dos a introducir otros conceptos nuevos.
LOS PRIMEROS TIEMPOS
¿Desde cuándo conoce el hombre el concepto de
número primo?. La investigación de las huellas más
antiguas encontradas sobre este elemento de la aritmé-
tica, nos conduce a las riveras del lago Edwards en el
Zaire, África Central, donde, entre
los huesos encontrados, se ha exhu-
mado uno, el hueso de Ishango, que
contiene incisiones de hace 8 000
años, aproximadamente. Se conser-
va en el Instituto Real de Ciencias
Naturales de Bélgica, en Bruselas.
Debió de servir como mango de
alguna herramienta. En uno de sus
tres laterales se observan cuatro gru-
pos de incisiones de distintos tama-
ños que corresponden a los números
11, 13, 17 y 19, es decir, a los núme-
ros primos comprendidos entre el 10
y el 20. ¿Es azar o se trata de una pri-
mera tabla de números primos?,
como propone Jean de Heinzelin.
Otros historiadores prefieren ver días
de un calendario, otros, cuentas pri-
mitivas, fases lunares e incluso mar-
cas hechas por alguna mujer para
señalar días de su ciclo menstrual. Al
suponer esto último, en algunos cír-
culos se ha planteado la profunda
cuestión: el primer matemático
podría haber sido una matemática.
Secretos de los números primos
88 Autores científico-técnicos y académicos
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Figura 2.
El hueso
de Ishango.

Hasta la fecha no poseemos prueba alguna de que
los egipcios o los babilonios hayan enunciado teoría,
aunque sea sumaria, sobre los números primos, a pesar
de que su actividad, en lo que al cálculo se refiere, esta-
ba bien organizada y codificada. Por ejemplo, los babi-
lonios sabían deducir tripletas de números pitagóricos,
es decir, números que corresponden a las longitudes de
los tres lados de un triángulo rectángulo, hipotenusa y dos
catetos, y que obedecen a la relación, a2 = b2 + c2, Figu-
ra 3. Y tal deducción exige una comprensión y precisión
aritméticas que sobrepasa lo común. Por otra parte, los
egipcios eran capaces de descomponer un número entero
en producto de factores irreducibles y, sin embargo, no
conocieron la descomposición de un entero en factores
primos. Muchos investigadores afirman que los números
primos debieron existir a los ojos de muchos hombres del
tercer y segundo milenios, pero que el tiempo ha borrado
las huellas, muescas, pinturas, dejadas sobre ellos.
Figura 3. Tabla babilónica 322 de Plimpton,
Universidad de Columbia, con números pitagóricos
distribuidos en cuatro columnas y quince filas.
LA ÉPOCA DE LOS GRIEGOS
Tanto el matemático griego Pitágoras, aproximada-
mente 569-500 a.C., que fue alumno de Thales, como sus
discípulos, eran verdaderos apasionados de los números
ya que, en su opinión, contenían las claves de la naturale-
za. Durante dos siglos profundizaron en los conocimientos
aritméticos. Pero sin embargo, no existe prueba alguna de
que también conocieran los números primos. Pudiera
deberse esto a la naturaleza secreta de su organización. Sí
estudiaron sistemáticamente la noción de divisor que les
condujo a la de número perfecto, número igual a la suma
de sus divisores, contando el 1 pero excluyendo el propio
número: 6 es perfecto ya que se cumple que 6=1+2+3.
También les fueron familiares las nociones de números
triangulares, cuyas unidades se pueden disponer en un
triángulo o de números cuadrados en los que sus unidades
pueden distribuirse en un cuadrado, Figura 4. Estos con-
ceptos fueron extendidos por Boecio en el siglo V, introdu-
ciendo el concepto general de números poligonales.
Figura 4. Ejemplos de números poligonales:
triangulares y cuadrados.
El filósofo ateniense Platón, 428-348 a.C., fundó la
escuela conocida con el nombre de Academia y, sin
duda, mantuvo relación con los pitagóricos. En su Par-
ménide menciona la teoría del par y del impar, pero en
ningún momento se refiere a los números primos.
El vestigio más seguro y antiguo sobre el número
primo aparece con la persona de Aristóteles, 384-322
a.C., alumno de Platón y preceptor de Alejandro Magno.
Aristóteles evoca en varias ocasiones, no con teorías pero
sí con ejemplos, los números primos y los compuestos.
Hacia finales del siglo IV a. C., la corriente del saber
matemático pasó de Europa a África. El joven príncipe
y soldado Alejandro Magno conquista el mundo griego
y concibe la idea de formar un gran imperio si no hubie-
ra sido porque su muerte a los treinta y tres años hace
también que esa idea se olvide. Muere sólo dos años
después de fundar la ciudad que llevaría su nombre,
Alejandría. Esa población era el lugar adecuado para
judíos, árabes y griegos. Allí se abrieron grandes biblio-
tecas y se perfeccionaron las matemáticas de los anti-
guos. La ciudad permaneció unos seiscientos años, pero
su fin llegó en el 642 d. C., debido a las invasiones ára-
bes surgidas por el Oeste.
La gran biblioteca de Alejandría con más de 700.000
volúmenes, fundada por Ptolomeo, sucesor de Alejan-
dro, hacia el año 300 a.C., se pierde debido a la serie de
desastres acontecidos. Pero un remanente de la ciencia y
de la filosofía de esa biblioteca llegaría hasta días poste-
riores. En efecto, Ptolomeo creó una universidad y uno
de sus primeros maestros fue Euclides, aproximada-
mente 330-275 a.C., cuyos primeros años de instrucción
seguramente pasaron en Atenas, con Platón. Enseñó
durante veinticinco o treinta años escribiendo, además,
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sus conocidos Elementos. Éstos constituyen una descrip-
ción exhaustiva de las matemáticas de aquel tiempo. Los
libros VII, VIII y IX enuncian la aritmética y contienen un
estudio interesante de la teoría de números. Entre otras
cosas, se introducen por primera vez, libro VII, definicio-
nes y teorías sobre los números primos y compuestos, el
máximo común divisor y el mínimo común múltiplo. No
obstante, en otros libros como en el IX se tratan otros
teoremas también sobre los números primos.
Figura 5. Portada de una edición latina del libro XV
de los Elementos.
Euclides construye todo lo relativo a los números pri-
mos apoyándose en el concepto de máximo común
divisor. Enuncia y demuestra resultados notables:
• El total de números primos es infinito.
• Un método para construir números perfectos
pares: cuando 2p-1 es primo, entonces el número
par 2p-1(2p-1) es un número perfecto. Hoy día
esos números primos de partida de la forma 2p-1,
se conocen con el nombre de números primos de
Mersenne. Volveremos más adelante sobre ellos.
• Todo entero es divisible por un número primo.
• Todo número primo es primo con todo número
que no le divida.
• Un producto de números primos no es divisible
por ningún otro número primo.
• La potencia de un número primo sólo es divisible
por ese primo y por sus potencias.
Euclides se encontró falto de una terminología y
notación adecuadas para indicar tanto las potencias de
un número entero como los productos. Por ello, aunque
la descomposición, que ya hemos dicho que es única,
de un número en factores primos era ya conocida por
Euclides, es dos milenios después, en el año 1801,
cuando se da, Gauss en Disquisitiones arithmeticae, una
demostración completa y explícita. Hoy día se conoce
como el teorema fundamental de la aritmética.
Para Euclides, la idea de número es totalmente geo-
métrica. Por ello, acompañaba con frecuencia sus demos-
traciones aritméticas con gráficos formados por segmentos
de recta. Entonces, un número A está medido con otro B,
si es posible hacer que B esté contenido en A un número
entero de veces. Equivale a medir la longitud de un seg-
mento con una regla patrón, Figura 6. El número A=6
puede medirse con el B=2. La expresión euclidiana, 2
mide a 6, equivale a nuestra expresión actual, 2 divide a
6, 2 es divisor de 6 ó 6 es un múltiplo de 2.
Figura 6. Concepto geométrico de número y divisor.
LIBRO SÉPTIMO
DE LOS ELEMENTOS DE EUCLIDES
.......................
12. Número primo es aquél que sólo está medido por la unidad.
13. Números primos entre ellos son aquellos que tienen única-
mente la unidad como medida común.
14. Número compuesto es el que es medido por cualquier
número.
15. Números compuestos entre ellos son aquellos que tienen
cualquier número como medida común.
.......................
PROPOSICIÓN PRIMERA
Propuestos dos números distintos y restando sucesivamente el
más pequeño del más grande, si el resto no mide al que está
antes que él nada más que cuando se ha tomado la unidad,
los números propuestos son primos entre ellos.
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Haciendo uso de la proposición 12 de los Elementos
de Euclides, estaríamos en condiciones de establecer un
primer algoritmo para reconocer si un número es primo
o no, comprobando si posee más divisores que el 1. Si
a es ese número, bastará con dividirlo por todos los
enteros b comprendidos entre 2 y a-1. Una división por
b que sea exacta nos indicará que a no es primo, es
compuesto, y el algoritmo podría detenerse a menos
que deseemos encontrar todos los divisores de ese
número compuesto a. Apliquemos este rudimentario
algoritmo al entero a=10.
• División por 2: 10=5.2, división exacta; 10 no es
primo; 2 y 5 divisores de 10.
• División por 3: 10=3.3+1, división inexacta.
• División por 5: 10=2.5, división exacta; 2 y 5
divisores de 10.
• Detener el algoritmo.
Conclusión: El número dado 10 no es primo y sus
divisores son, 2 y 5.
Procediendo de esta manera para comprobar si un
número es o no primo, se observa que se realizan cálcu-
los innecesarios. Podríamos habernos detenido en la
división por 3. Esta es la razón: si a no es primo, enton-
ces cada división exacta a=b.c es tal que uno de los dos
números, el b o el c, es menor o igual que el valor ente-
ro por defecto de √
−−
a, valor que se indica por √
−−
a. De
esta proposición resulta que, para descomponer un
entero y comprobar si es o no primo, es suficiente con
detenerse en el valor √
−−
a.
En el ejemplo anterior de a=10, tenemos que es
√
−−−
10= 3, lo que indica que no es necesario efectuar la
tercera división por 4 para deducir que el entero pro-
puesto no es primo. Nos ahorraremos seis divisiones.
Empleando el mismo procedimiento con 101, basta-
ría con detenernos en la división por √
−−−−
101= 10.
Todas esas divisiones por 2, 3, 4,...,10, son inexactas,
luego 101 es primo.
En los Elementos se encuentra la proposición 32
que dice:
Todo número compuesto está medido por
algún número primo.
No olvidemos que medido por significa divisible por.
Entonces, lo que deberíamos entender en nuestro actual
lenguaje matemático, sería:
Todo número entero superior a 1 es divisible por, al
menos, un número primo.
Esta proposición, contenida en el libro VII, está tam-
bién demostrada allí y siguiendo razonamientos seme-
jantes a los empleados actualmente.
A partir de la citada proposición, se demuestra tam-
bién que, si un entero a es compuesto, entonces es posi-
ble encontrar uno o varios divisores de a entre los
números enteros comprendidos entre 2 y √a. Esta pro-
posición sirve de base para crear otro algoritmo con el
que comprobar si un número es o no primo más eficaz
que el descrito anteriormente.
ALGORITMO 2 PARA COMPROBAR SI
UN ENTERO a ES PRIMO
- Intentar todas las divisiones de a por los enteros primos
comprendidos entre a y √a.
- Al encontrar una división exacta, detenerse y concluir que a
no es primo.
- Si no se encuentra ninguna división exacta, a es primo.
ALGORITMO PARA ENCONTRAR TODOS
LOS DIVISORES DE a
- Intentar todas las divisiones de a por los enteros compren-
didos entre a y √a.
- Por cada división exacta, añadir a la lista de divisores de a,
el divisor ensayado y el cociente obtenido.
ALGORITMO 1 PARA COMPROBAR SI UN
ENTERO a ES PRIMO
- Intentar todas las divisiones de a por los enteros compren-
didos entre a y √a.
- Al encontrar una división exacta, detenerse y concluir que a
no es primo.
- Si no se encuentra ninguna división exacta, a es primo.
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7

Resumiendo: comprobar si un número es primo se
consigue realizando, como mucho, √
−−
a divisiones, apli-
cando el Algoritmo 1 e incluso menos con el Algoritmo 2.
No obstante, este último algoritmo, que se presenta
como el más económico de los dos descritos en cuanto
a número de operaciones a realizar, solo será aplicable
si el entero a es lo suficientemente pequeño; de no darse
esta condición, el problema con el que nos encontraría-
mos sería el tener que conocer los números primos
hasta √a.
Para encontrar los números primos contenidos en un
determinado intervalo, el matemático griego Eratóste-
nes, aproximadamente 276-194 a.C., inventa un pro-
cedimiento que desde hace años se conoce con el nom-
bre de criba de Eratóstenes, criba que nos fue dada a
conocer por Nicómaco de Estagira que vivió 300 años
después que él. Eratóstenes nació en Cirene, hoy en
Libia. Estudió en Alejandría y más tarde en Atenas antes
de acceder a la dirección de la biblioteca de Alejandría.
Fue el preceptor del hijo de Ptolomeo III. Y no sólo se
dedicó a la aritmética, sino también a otros dominios de
la matemática y de la geometría, a él se debe la medi-
ción del perímetro de la Tierra, además de ser un gran
atleta.
La criba es un método muy popular para encontrar
los números primos sucesivos dentro de un determina-
do intervalo. Advertir que, no obstante, este método no
nos proporciona una regla para obtener ordenadamen-
te una relación de todos los números primos. Hagamos
una descripción del algoritmo con que formarla y
supongamos que nos proponemos buscar los primos
entre el 2 y el 100. El procedimiento es generalizable,
aunque no efectivo, para límites cualquiera m , n.
• Escribir todos los enteros entre el 2 y el 100.
• Se conserva el primer primo, el 2, y se suprimen
todos sus múltiplos, lo que equivale a ir supri-
miendo los elementos de la tabla de dos en dos.
• Se conservará el siguiente entero no suprimido, el
3, también primo, y se suprimirán todos sus múl-
tiplos.
• Se conservará el siguiente entero no suprimido, el
5, que también es primo, suprimiendo después
todos sus múltiplos.
¿Y cuándo finalizaremos este proceso?. Se continua-
rá con el proceso de supresión hasta alcanzar el mayor
entero sin suprimir cuyo cuadrado no exceda, en nues-
tro caso, de 100, es decir, hasta el 10. En la Figura 7
podemos encontrar la lista de los números primos hasta
el 100. Al llegar al 11, ya no se suprimirá ninguno más,
ya que es 112>100.
Figura 7. Lista de los primos comprendidos entre 2 y 100.
Hemos advertido que para números altos el proce-
dimiento es ineficaz. Resultará más útil aplicar el ALGO-
RITMO 1, descrito anteriormente, para conocer si un
entero es primo o compuesto.
Figura 8. La criba aplicada a los 400 primeros enteros.
En la Figura 8 se representa, en forma de tablero
enlosado de 20x20, el resultado de la criba de Eratóste-
nes aplicada a los 400 primeros números enteros. Las
columnas correspondientes a los números pares y a los
múltiplos de 5 están vacías, excepto las que correspon-
den al 2 y al 5.
GRANDES NÚMEROS
Hoy día, conocemos muy bien las propiedades aritméti-
cas de los números pequeños; pero nos vemos enfrentados
habitualmente al manejo de grandes números de los que
comienza a escapársenos su manejo, sus propiedades. En
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7

LOS INDIOS, LOS MULSULMANES,
LOS ITALIANOS
Los matemáticos de la época Antigua y de la Edad
Media estuvieron preocupados más por la geometría
que por los números y por razonar sobre ellos. Esta falta
de interés quedó obviada cuando se adoptó el sistema
decimal indio, es decir, la notación posicional que daba
al número un valor según la localización que tuviera
dentro de una cantidad. En concreto, en Europa la nota-
ción posicional se adoptó en el siglo XI.
En el mundo musulmán, hemos de citar a Ibn
al-Banna, 1258-1339, que vivió en el Marruecos
actual, que conoció y utilizó la criba de Eratóstenes, por
tanto también los números primos, y que dejó anotado
que para encontrar los primos hasta el número n, era
suficiente con examinar los múltiplos de números infe-
riores hasta el √
−−
n.
En la Italia medieval, destacar a Fibonacci, Leonar-
do de Pisa, 1170-1250, gran conocedor de los matemá-
ticos árabes, nos dejó una lista de los enteros primos
inferiores al 100 con la misma anotación a la que ya
hemos aludido anteriormente al referirnos a Ibn
al-Banna.
En este recorrido por la historia de los números pri-
mos vamos ahora a dar el salto hasta el siglo XVI por
encontrar en ese tiempo hechos relevantes sobre la arit-
mética y el conocimiento de tales números. Comenzare-
mos con dos matemáticos franceses.
BACHET DE MÉZIRIAC Y
MARÍN MERSENNE
Claude Gaspard Bachet de Méziriac, 1581-1638,
encontró un resultado aritmético relacionado con el
máximo común divisor de dos números a y b. Dice así:
si es mcd(a,b)=c, entonces existen dos enteros x e y
tales que ax+by=c. Esta última identidad ha sido atri-
buida, erróneamente y durante años, a Étienne
Bezout y se conoce por ello como teorema o identidad
de Bezout.
Pero lo más notable de Méziriac es el siguiente enun-
ciado sobre números primos, aparecido en su publica-
ción, Problèmes plaisants et délectables, en 1624: dados
dos números primos, a y b, al encontrar el menor múl-
tiplo de cada uno de ellos, ambos múltiplos se diferen-
cian en una unidad el uno del otro. Aritméticamente lo
expresaríamos así: ax – by=1. En su misma publicación,
él da el procedimiento a seguir para encontrar una solu-
ción general al problema enunciado, procedimiento
muy próximo al algoritmo de Euclides utilizado para cal-
cular el máximo común divisor de dos números.
Marin Mersenne, 1588-1648, estudió en el colegio
de los jesuitas de La Flèche, donde también cursó estu-
dios Descartes, antes de tomar los hábitos de la orden
de los mínimos. También estudió teología en la Sorbo-
na. Publicó obras de ciencias y filosofía, siendo un
defensor de las teorías de Galileo. El padre Mersenne
mantuvo correspondencia con sabios como Descartes,
Pascal, Torricelli, Huygens y otros. Se interesó por ana-
lizar si los números de la forma 2p-1, números que lle-
van su nombre, son o no primos. Ya dijimos que tales
números eran conocidos por Euclides. Se designan por
Mp precisamente en honor a Mersenne.
Mersenne trató de encontrar, como hemos adverti-
do, una fórmula que representara a todos los primos. No
la encontró; pero su trabajo sobre números de la forma
2p-1, p primo, ha suscitado, a través del tiempo, un gran
interés, sobre todo en la investigación de números pri-
concreto, y en relación con los números primos, vamos a
enunciar algunas consideraciones que dejan patente la dificul-
tad de su manejo a medida que crece el número de sus cifras.
Números de 9 ó 10 cifras
No existe dificultad alguna para factorizar mediante
números primos los enteros de este tamaño y es posible tam-
bién construir la tabla de primos correspondiente.
Números de 100 cifras
No es posible, y lo será por mucho tiempo, construir una
tabla de números primos que posean 100 cifras e, incluso,
menos. No obstante, lo que sí es posible es comprobar si un
número con esas cifras es o no primo.
Números con 1000 cifras
Existen tests probabilísticos con un alto grado de certi-
dumbre para comprobar si un entero de ese tamaño de cifras
es o no primo. Es común el uso en criptografía de números
primos de mil cifras.
Números con un millón de cifras
Se sabe comprobar si un número de ese tamaño es o no
primo sólo cuando posea una forma particular: 2p-1, números
de Mersenne. Para ellos se dispone de un algoritmo especial.
Números con mil millones de cifras
Es muy posible que nunca pueda conocerse un número
primo de este tamaño.
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mos grandes.
En 1644, Mersenne afirmaba que Mp=2p-1 era un
número primo para p=2, 3, 5, 7, 13, 17, 19, 31, 67,
127, 257 y compuesto para los otros exponentes hasta
el 257. En 1732, Euler pretende ampliar la lista afirman-
do que M41 y M47 eran primos, pero se equivoca. En
1883, Pervushin y también Lucas encuentran un primer
error en la lista de Mersenne: prueba que M61, ausente
de la lista citada, es primo. Se descubren otros cuatro
errores: M67 y M257 no son primos, mientras que M89 y
M107, también ausentes de la relación de Mersenne, sí lo
son.
Actualmente se conocen 38 números primos de Mer-
senne. El primero de ellos para p=2, es decir, M2=3 y
el último para p= 6972593, es decir, Mp=26972593-1,
que contiene más de dos millones de cifras, exactamen-
te 2 098 960. Fue descubierto por Hajratwala, Wolt-
man, Kurowski y otros en 1999, empleando para ello
varios ordenadores y bajo el proyecto GIMPS, Great
Internet Mersenne Prime Search. No obstante, no
puede afirmarse que la lista se componga de sólo 38
números: es posible que existan otros en el enorme
intervalo comprendido entre 23021377-1 y 26972593-1,
pero no se han encontrado aún. Quizá eso suceda cuan-
do los computadores cuánticos sean una realidad y sir-
van como instrumento real de computación.
Tabla 1. Números más grandes de Mersenne
obtenidos por ordenador.
Otros muchos sabios y científicos han estado relacio-
nados con los números primos y a la magia que encie-
rran. La lista sería demasiado larga y hablar detallada-
mente de sus contribuciones al tema desbordaría los
límites de este trabajo. No obstante daremos algunos
nombres.
• El francés Fermat, 1601-1665, con sus teoremas
demostrados y sus conjeturas, como la que afirma
que todo número de la forma Fn=22n
+1 es
primo.
• Pascal, 1623-1662, filósofo, matemático, inven-
tor de la calculadora Pascalina y al que se le debe
el establecimiento de criterios generales de divisi-
bilidad.
• Christian Goldbach, nacido en Könisberg, 1690,
y fallecido en Mocú, 1764, célebre por su conje-
tura, todo número par superior a 2 puede escri-
birse como suma de dos números primos, conje-
tura que aún no ha sido probada, aunque la
mayoría de los matemáticos la hayan considera-
do siempre cierta.
• Nos referimos ahora al matemático más grande
de todos los tiempos, el suizo Leonardo Euler,
1707-1783. Mantuvo correspondencia con Gold-
bach que le transmite la conjetura de Fermat, cita-
da anteriormente, que le sirve para interesarse
por los números primos. Prueba entre 1753 y
1772 que M31=231-1 es primo, número que que-
daría como el primo más grande encontrado
hasta ese momento.
• Entre 1730 y 1866, Bezout, Gauss, Legendre,
Dirichlet, Tchebychev, Riemann. Entre 1842
y 1962, Lucas, Hadamar, La Vallée Poussin.
CÓMO PROBAR SI UN NÚMERO GRANDE
ES PRIMO
Test de Lucas-Lehmer
2p-1 es primo si y sólo si 2p-1 divide a S(p-1), siendo
S(1)=4 y S(n+1)=S(n)2-2, n>1.
Teorema de Proth, 1878
Si N es de la forma N=k.2n+1, con k<2n, y existe un
entero a tal que
a(N-1)/2+1 = 0 (mod N)
entonces, N es un número primo. La relación última es una
relación de congruencia.
235
7

Hemos citado a Edouard Lucas. Nación en Amiens
en 1842 y murió en Paris en 1891. Lucas descubrió un
método para comprobar si un número de Mersenne es o
no primo. El método se conoce con el nombre de test de
Lucas. Fue mejorado en 1930 por el americano Lehmer,
proporcionando un algoritmo que más tarde se ha utiliza-
do en computadores. El test de Lehmer sirve actualmente
para comprobar la fiabilidad de los supercomputadores.
Lucas considera la sucesión rn de enteros naturales
definida por la ecuación de recurrencia, rn+1=rn
2-3, con
la condición inicial, r1=3. Entonces, el número de Mer-
senne con p de la forma p=4k + 3, es primo, si y sólo
si Mp divide a rp-1.
DISTRIBUCIÓN DE LOS NÚMEROS PRIMOS
La separación entre dos números primos consecuti-
vos es con una frecuencia infinita igual a 2 unidades. Esto
es lo que ocurre, por ejemplo, con los pares 3-5, 5-7, 11-
13, 17-19, 29-31, 37-41, 43-47, ..., que reciben el nom-
bre de primos gemelos. Sin embargo, entre los números
n!+2 y n!+n, por ejemplo, no existe ningún número
primo, todos son compuestos. Tomando números lo sufi-
cientemente grandes, la separación entre dos primos con-
secutivos es también tan grande como se quiera. Resu-
miendo: la separación entre dos primos consecutivos
oscila ampliamente y no sigue ninguna regla estable.
Sobre este tema existen numerosas conjeturas pero nin-
guna de ellas está probada. Una es precisamente la rela-
cionada con los primos gemelos: existe un número infini-
to de números primos p tales que, p+2 también es primo.
Si nos apoyáramos en la criba de Eratóstenes podrí-
amos deducir los resultados que se recogen en la tabla
que sigue, en la que se da una distribución, por interva-
los de enteros, del total de números primos contenidos
en cada intervalo.
Tabla 2. Distribución de los números primos entre 2 y 100.
Como podemos observar, la distribución está lejos
de ser uniforme o, como ya hemos dicho, de seguir una
tendencia.
Si trabajásemos con una tabla mucho más amplia
que la escrita, y contabilizásemos los números primos
comprendidos entre 1 y 10n, con n lo suficientemente
grande, nos encontraríamos con resultados como los
siguientes:
Entre 1 y 10 , 4
Entre 1 y 102 , 25
Entre 1 y 103 , 168
Entre 1 y 104 , 1229
Entre 1 y 105 , 9592
Entre 1 y 106 , 78498
...................................
A este respecto, y en la teoría de números primos, se
utiliza una función denominada función de números
primos π, para indicar el total de primos menores o
iguales a un cierto entero. Entonces, π(m) significaría el
total de primos menores o iguales a m. Por ejemplo,
considerando la tabla anterior, tendríamos, π(10)=4,
π(20)=8, π(100)=25.
Hemos dicho más arriba que la sucesión de los
números primos es infinita. Haciendo uso de la fun-
ción π(m), podríamos expresar lo mismo escribiendo,
limm→∞ π(m) = ∞.
Figura 9. Gráficas de π(m), 1 ≤ m≤ 100 y
10000 ≤ m ≤ 10100.
INTERVALO TOTAL ACUMULADO
1 – 10
10 – 20
20 – 30
30 – 40
40 – 50
50 – 60
60 – 70
70 – 80
80 – 90
90 – 100
4
4
2
2
3
2
2
3
2
1
4
8
10
12
15
17
19
22
24
25
235
7

Volviendo a los intervalos señalados en la tabla ante-
rior, observamos y confirmamos que la distribución de
los números primos no presenta tendencia alguna, Figu-
ra 9. Al final del siglo XVIII, tales observaciones condu-
jeron, de forma independiente, a Gauss y Legendre a
establecer la hipótesis o conjetura de que el número
π(m) tiene, para cada uno de ellos, respectivamente, los
valores aproximados siguientes:
m m
π(m) ≈ ---------------- o bien π(m) ≈ ---------------------------------
Lem Lem-0,83
Si aplicásemos la aproximación de Gauss al caso
m=100, encontraríamos el valor 22, mientras que la
tabla nos dice que exactamente existen 25 números pri-
mos iguales o menores que 100. Para el caso m=1000,
al que corresponde exactamente 168 primos, el resulta-
do que obtendríamos con la fórmula es de 144. Para
m=106, se obtiene el valor aproximado de 72382 que
se diferencia del exacto en 6116 unidades.
Figura 10. Curvas π(m) y m/lem, para valores de m.
Las conjeturas de Gauss y Legendre se convierten en
teorema demostrado, en 1895, por Hadamard y La Vallée
Poussin, una vez más de forma independiente. El teorema
se conoce como Teorema de los números primos.
Pero antes en el tiempo, concretamente en 1852,
Chebyshev se convirtió en el primer matemático, des-
pués de Euclides, que demostró la siguiente relación
sobre la función π:
m m
0,929 ---------------- < π(m) < 1,1 --------------------
Lem Lem
Con la aparición de los grandes ordenadores, los
métodos para el cálculo de π han mejorado mucho. Así,
en 1994, Marc Deleglise y Rivat obtuvieron el valor de
π(1018), que es del orden de 24,7x1015. Hoy día, se ha
llegado a calcular π(1020) que es del orden de
22,2x1017.
UNA FÓRMULA PARA ENCONTRAR TODOS
LOS NÚMEROS PRIMOS
Ya hemos dicho que la sucesión de números primos
es infinita. Desde que se conoce este hecho, los mate-
máticos buscan una fórmula que suministre tales núme-
ros. Al no ser esto posible, a la fecha, se han conforma-
do con algo más modesto: fórmulas que proporcionen
una cantidad muy amplia de números primos. Veamos
algunas de ellas.
Nos hemos referido a la conjetura de Fermat de que
los números de la forma Fn=22n
+1, son primos. Para
n=0, 1, 2, 3 y 4, se obtienen los valores 3, 5, 17, 257 y
65537, que efectivamente son primos. Pero aplicando la
fórmula para F5, el número obtenido ya no lo es. Este
resultado nos lleva a afirmar que, a partir de n=5, algu-
nos números de Fermat no son primos.
Una tentativa de buscar una fórmula algo más pro-
metedora, pero sin duda poco eficiente, fue la debida al
matemático inglés Hardy, 1877-1947. La fórmula
expresa que, para todo entero m, el factor primo más
grande H(m) de m es,
H(m) = limr→∞ limp→∞ limq→∞ A(r, p, q)
siendo A una función de tipo trigonométrico. Como
puede concluirse, el interés práctico de esta fórmula es
nulo. Existen otros métodos más sencillos y más rápidos
para calcular H(m).
En toda la bibliografía sobre teoría de números y, en
especial, sobre primos, se cita la espiral de Ulam de la
que se deduce una nueva fórmula para encontrar
números primos. El matemático Estanislao Marcin
Ulam, 1909-1984, de origen polaco, asistía en 1963 a
una conferencia más bien aburrida, en su opinión, por
lo que se entretuvo escribiendo sobre una hoja de papel
cuadriculado la sucesión de los números enteros en
forma de espiral, Figura 11. La sorpresa fue que los
números primos mostraban una tendencia evidente a
alinearse en diagonales dentro del cuadro obtenido.
Debido a este descubrimiento, Ulam, David Wells y
Myron decidieron trabajar con espirales que comenza-
ban en enteros distintos del 1. La que comienza en 41
presenta una perfecta diagonal de números primos.
Ulam, además, descubre una fórmula que ya había
sido propuesta por Euler:
P(m) = m2+m+41
fórmula con la que pueden encontrarse números primos
para los cuarenta primeros valores de m, desde el cero
235
7

en adelante. Así, es P(0)=41, P(1)=43, P(2)=47, …,
P(24)=641, …, P(39)=1601, valores primos situados
sobre una diagonal de Ulam.
Figura 11. Espirales de Ulam desde el 1 al 625
y desde el 41 al 655.
La fórmula anterior, para 1 ≤ m ≤ 107, proporciona
un número primo prácticamente de cada dos, exacta-
mente con un porcentaje de acierto del 47,5%.
Ulam descubrió otras fórmulas bastante eficientes:
• La expresión, P(m)= 4m2+170m+1847 tiene un
porcentaje de éxito de cerca del 47% y proporcio-
na 760 primos no encontrados por la fórmula de
Euler.
• La fórmula de Ulam, P(m)=4m2+4m+59 tiene
un porcentaje de éxito de casi el 44% y nos da
1500 primos no encontrados por ninguna de las
dos fórmulas anteriores.
No obstante, y para terminar, no existe fórmula poli-
nómica alguna que nos proporcione todos los números
primos. Dicho de forma más precisa: no puede existir
polinomio alguno que engendre sólo números primos
cuando su variable recorra el conjunto de los números
naturales.
Encontrar una fórmula para generar todos los núme-
ros primos es una cuestión que acaba de comenzar,
pero ni mucho menos resuelta.
Lo que se lee sin esfuerzo ninguno
se ha escrito siempre con un gran esfuerzo.
Jardiel Poncela
Algunos esquemas contenidos en este artículo
han sido tomados y, en algún caso, modificados de
Merveilleux nombres premiers, ediciones BELIN y de
Secrets de nombres, ediciones ARCHIMÈDE
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