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Página de estudos de matemática e sequências numéricas

Números de Mersenne e Regularidades Numéricas - 528

Números de Mersenne são números cuja a fórmula algébrica é [ (2^n) - 1 ], isto é, potência de base 2 menos 1 unidade.

Números de Mersenne e Regularidades Numéricas

Euclides de Alexandria, em sua obra,  Os Elementos, Livro IX, já havia demonstrado que a partir da unidade (número 1), duplicando e somando consecutivamente os termos, até que se encontre um número primo, e este primo multiplicado pela última soma, então o produto é um número perfeito.

Fórmula de Euclides em notação moderna é:

2^n-1 [ ( 2^n ) -1 ].

Euclides estava se referindo às potências de base 2:

1

 

1 + 2 = 3

( 3 x 2 = 6)

6 é um número perfeito

 

1 + 2 + 4 = 7

( 7 x 4 = 28)

28 é um número perfeito

 

1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 31

( 31 x 16 = 496)

496 é um número perfeito

Marin Mersenne

Marin Mersenne (1588-1648), matemático, teórico musical, padre mínimo, teólogo e filósofo francês, também estudou números primos a partir de uma das partes da Fórmula de Euclides: [(2^n) - 1], e, em sua Obra Cogita physico-mathematica (1644), conjecturou em 1644 que substituindo [ ( 2^n ) - 1 ] por [ (2^p ) - 1], isto é, o expoente por um número primo, geraria números primos para (p≥1): 2, 3, 5, 7, 13, 17, 31, 67, 127, 257 e compostos para p>257.

Posteriormente com advento de computadores e softwares matemáticos (programas aplicativos) foi possível de se verificar que M61 é primo, M67 é composto, M89 é primo, M107 é primo e M257 é composto.[1]

Observação: nem todo Número de Mersenne na forma [ ( 2^p ) - 1] é um número primo.

O presente estudo demonstra diversas relações númericas entre Números de Mersenne, com potências de base 2, somas de 2 números consecutivos, produtos de 2 números consecutivos, bem como, números perfeitos, Números de Fermat, etc.

Demonstra também métodos e novas fómulas para se gerar Números de Mersenne.

Observações importantes:

a) Números de Mersenne e Números Perfeitos estão estritamente relacionados às potências de base 2.

b) Números de Mersenne também são denominados de Números Quase-Potências de Base 2, pois são números 1 unidade menor que uma potência de base 2.

Soma de 2 números naturais consecutivos

A soma de 2 números naturais consecutivos têm como resultados números ímpares e, entre eles, Números de Mersenne / Números Quase-Potências de Base 2.

Quando a ordem / posição é uma potência de base 2, as parcelas também são um Número de Mersenne e uma potência de base 2 (células laranjas).

Interessante observar que Número de Mersenne e potência de base são naturalmente números consecutivos.

Soma de 2 Números
Naturais Consecutivos
     
ordem / soma Número de
posição consecutivos   Mersenne
           
1 0 + 1 = 1
2 1 + 2 = 3 primo
3 2 + 3 = 5
4 3 + 4 = 7 primo
5 4 + 5 = 9
6 5 + 6 = 11
7 6 + 7 = 13
8 7 + 8 = 15 não primo
9 8 + 9 = 17
10 9 + 10 = 19
11 10 + 11 = 21
12 11 + 12 = 23
13 12 + 13 = 25
14 13 + 14 = 27
15 14 + 15 = 29
16 15 + 16 = 31 primo
17 16 + 17 = 33
18 17 + 18 = 35
19 18 + 19 = 37
20 19 + 20 = 39
21 20 + 21 = 41
22 21 + 22 = 43
23 22 + 23 = 45
24 23 + 24 = 47
25 24 + 25 = 49
26 25 + 26 = 51
27 26 + 27 = 53
28 27 + 28 = 55
29 28 + 29 = 57
30 29 + 30 = 59
31 30 + 31 = 61
32 31 + 32 = 63 não primo
             
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Produto de 2 números naturais consecutivos

Produto de 2 números naturais consecutivos têm como resultados números retangulares e, entre eles, números que são o dobro de um número perfeito.

Quando a ordem / posição é uma potência de base 2, os fatores também são um Número de Mersenne e uma potência de base 2 (células laranjas).

O produto de um Número Primo de Mersenne pelo seu consecutivo dividido por 2 tem como quociente um número perfeito.

Interessante observar que Número de Mersenne e potência de base são naturalmente números consecutivos.

Produto de 2 Números
Naturais Consecutivos
       
ordem / consecutivos produto número
posição   retangular perfeito
           
1 0 x 1 = 0
2 1 x 2 = 2
3 2 x 3 = 6
4 3 x 4 = 12 6
5 4 x 5 = 20
6 5 x 6 = 30
7 6 x 7 = 42
8 7 x 8 = 56 28
9 8 x 9 = 72
10 9 x 10 = 90
11 10 x 11 = 110
12 11 x 12 = 132
13 12 x 13 = 156
14 13 x 14 = 182
15 14 x 15 = 210
16 15 x 16 = 240
17 16 x 17 = 272
18 17 x 18 = 306
19 18 x 19 = 342
20 19 x 20 = 380
21 20 x 21 = 420
22 21 x 22 = 462
23 22 x 23 = 506
24 23 x 24 = 552
25 24 x 25 = 600
26 25 x 26 = 650
27 26 x 27 = 702
28 27 x 28 = 756
29 28 x 29 = 812
30 29 x 30 = 870
31 30 x 31 = 930
32 31 x 32 = 992 496
             
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Soma de 2 números ímpares consecutivos

O soma de 2 números ímpares consecutivos têm como resultados números pares.

Determinadas somas de 2 números ímpares consecutivos têm como primeira parcela um Número de Mersenne e a segunda parcela um Número de Fermat.

Determinadas somas de 2 números ímpares consecutivos cujas primeira parcela é um Número de Mersenne e a segunda parcela um Número de Fermat têm como resultados potências de base 2.

Determinadas somas de 2 números ímpares consecutivos cujas primeira parcela um é Número de Mersenne e a segunda parcela um Número de Fermat têm ordens / posições de potências de base 2.

Soma de 2 Números
Ímpares Consecutivos
       
ordem consecutivos soma Potência
posição Mersenne Fermat   2
           
1 1 + 3 = 4
2 3 + 5 = 8 8
3 5 + 7 = 12
4 7 + 9 = 16  
5 9 + 11 = 20
6 11 + 13 = 24
7 13 + 15 = 28
8 15 + 17 = 32 32
9 17 + 19 = 36
10 19 + 21 = 40
11 21 + 23 = 44
12 23 + 25 = 48
13 25 + 27 = 52
14 27 + 29 = 56
15 29 + 31 = 60
16 31 + 33 = 64
17 33 + 35 = 68
18 35 + 37 = 72
19 37 + 39 = 76
20 39 + 41 = 80
21 41 + 43 = 84
22 43 + 45 = 88
23 45 + 47 = 92
24 47 + 49 = 96
25 49 + 51 = 100
26 51 + 53 = 104
27 53 + 55 = 108
28 55 + 57 = 112
29 57 + 59 = 116
30 59 + 61 = 120
31 61 + 63 = 124
32 63 + 65 = 128  
             
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Produto de 2 números ímpares consecutivos

O produto de 2 números ímpares consecutivos têm como resultados números ímpares que são 1 unidade menor que um quadrado perfeito.

Determinados produtos de 2 números ímpares consecutivos têm como resultados Números de Mersenne.

Determinados produtos de 2 números ímpares consecutivos que têm como resultados Números de Mersenne estão alinhados à ordens / posições de uma potência de base 2

O produto de 2 números ímpares consecutivos têm como primeiro fator um Número de Mersenne e o segundo fator um Número de Fermat.

Produto de 2
Ímpares Consecutivos
       
ordem consecutivos produto número
posição Mersenne Fermat   Mersenne
           
1 1 x 3 = 3
2 3 x 5 = 15 sim
3 5 x 7 = 35
4 7 x 9 = 63  
5 9 x 11 = 99
6 11 x 13 = 143
7 13 x 15 = 195
8 15 x 17 = 255 sim
9 17 x 19 = 323
10 19 x 21 = 399
11 21 x 23 = 483
12 23 x 25 = 575
13 25 x 27 = 675
14 27 x 29 = 783
15 29 x 31 = 899
16 31 x 33 = 1023
17 33 x 35 = 1155
18 35 x 37 = 1295
19 37 x 39 = 1443
20 39 x 41 = 1599
21 41 x 43 = 1763
22 43 x 45 = 1935
23 45 x 47 = 2115
24 47 x 49 = 2303
25 49 x 51 = 2499
26 51 x 53 = 2703
27 53 x 55 = 2915
28 55 x 57 = 3135
29 57 x 59 = 3363
30 59 x 61 = 3599
31 61 x 63 = 3843
32 63 x 65 = 4095  
             
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Potências de base 2

Potências de base 2 menos 1 unidade têm como resultados números ímpares a partir do expoente 1.

Potências de base 2 menos 1 unidade têm como resultados Números de Mersenne, também, denominados de Números Quase-Potência de Base 2.

Interessante observar que determinados Números Primos de Mersenne se encontram alinhados a expoentes primos (células laranjas).

Potências de Base 2
ordem /        
posição base 2 potência menos Mesenne
expoente   de 2 1  
         
0 2 1 1 0
1 2 2 1 1
2 2 4 1 3
3 2 8 1 7
4 2 16 1 15
5 2 32 1 31
6 2 64 1 63
7 2 128 1 127
8 2 256 1 255
9 2 512 1 511
10 2 1024 1 1023
11 2 2048 1 2047
12 2 4096 1 4095
13 2 8192 1 8191
14 2 16384 1 16383
15 2 32768 1 32767
16 2 65536 1 65535
17 2 131072 1 131071
18 2 262144 1 262143
19 2 524288 1 524287
20 2 1048576 1 1048575
21 2 2097152 1 2097151
22 2 4194304 1 4194303
23 2 8388608 1 8388607
24 2 16777216 1 16777215
25 2 33554432 1 33554431
26 2 67108864 1 67108863
27 2 134217728 1 134217727
28 2 268435456 1 268435455
29 2 536870912 1 536870911
30 2 1073741824 1 1073741823
31 2 2147483648 1 2147483647
32 2 4294967296 1 4294967295
         
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Potências de base 2 (quadrados perfeitos)

Números naturais (bases) elevados a expoentes pares têm como resultados números quadrados perfeitos.

Potências de base 2 que são quadrados perfeitos menos 1 unidade têm como resultados Números Compostos de Mersenne a partir o expoente 2.

Determinados Números Compostos de Mersenne são divisíveis por 3 e produtos de 2 números primos distintos e, entre os dois fatores primos, também há um Número Primo de Mersenne.

Para mais informações, veja matérias relacionadas abaixo!

Potências de 2
Quadrados Perfeitos
           
ordem / base expoente potência de 2 menos 1 Número
posição 2 par (quadrado   composto de
      perfeito)   Mersenne
           
1 2 0 1 1 0
2 2 2 4 1 3
3 2 4 16 1 15
4 2 6 64 1 63
5 2 8 256 1 255
6 2 10 1024 1 1023
7 2 12 4096 1 4095
8 2 14 16384 1 16383
9 2 16 65536 1 65535
10 2 18 262144 1 262143
11 2 20 1048576 1 1048575
12 2 22 4194304 1 4194303
13 2 24 16777216 1 16777215
14 2 26 67108864 1 67108863
15 2 28 268435456 1 268435455
16 2 30 1073741824 1 1073741823
17 2 32 4294967296 1 4294967295
18 2 34 17179869184 1 17179869183
19 2 36 68719476736 1 68719476735
           
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Potências de base 2 (metade de quadrado perfeito)

Potências de base 2 que são metades de quadrados perfeitos menos 1 unidade têm como resultados números ímpares e, entre eles, Números Primos de Mersenne.

Determinados Números Primos de Mersenne se encontram alinhados a expoentes primos.

Potências de 2
(Metade Quadrados Perfeitos)
           
ordem / base expoente potência 2 menos 1 Número
posição 2 ímpar (metade de de
quadrado) Mersenne
       
1 2 1 2 1 1
2 2 3 8 1 7
3 2 5 32 1 31
4 2 7 128 1 127
5 2 9 512 1 511
6 2 11 2048 1 2047
7 2 13 8192 1 8191
8 2 15 32768 1 32767
9 2 17 131072 1 131071
10 2 19 524288 1 524287
11 2 21 2097152 1 2097151
12 2 23 8388608 1 8388607
13 2 25 33554432 1 33554431
14 2 27 134217728 1 134217727
15 2 29 536870912 1 536870911
16 2 31 2147483648 1 2147483647
17 2 33 8589934592 1 8589934591
18 2 35 34359738368 1 34359738367
19 2 37 1,37439E+11 1 1,37439E+11
           
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Números de Mersenne e potência de 2 (não quadrados)

A soma de Números de Mersenne, entre eles números primos, com potências de 2 que não são quadrados perfeitos têm como resultados Números Compostos de Mersenne que são divisíveis por 3.

Números de Mersenne
e
Potências de 2 (não quadrados perfeitos)
         
Número   Potência de 2   Número
de Mersenne   (não quadrado)   Composto
        de Mersenne
         
1 + 2 = 3
7 + 8 = 15
31 + 32 = 63
127 + 128 = 255
511 + 512 = 1023
2047 + 2048 = 4095
8191 + 8192 = 16383
32767 + 32768 = 65535
131071 + 131072 = 262143
524287 + 524288 = 1048575
2097151 + 2097152 = 4194303
8388607 + 8388608 = 16777215
33554431 + 33554432 = 67108863
134217727 + 134217728 = 268435455
536870911 + 536870912 = 1073741823
2147483647 + 2147483648 = 4294967295
8589934591 + 8589934592 = 17179869183
34359738367 + 34359738368 = 68719476735
1,37439E+11 + 1,37439E+11 = 2,74878E+11
         
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Números de Mersenne e potência de 2 (quadrados perfeitos)

A soma de Números Compostos de Mersenne, exceto o 3, com potências de 2 que são quadrados perfeitos têm como resultados Números de Mersenne e, entre eles, Números Primos de Mersenne.

Números de Mersenne
e
Potências de 2 (quadrados perfeitos)
         
Número   Potência de 2   Número
de Mersenne   (quadrados   de Mersenne
    perfeitos)    
         
0 + 1 = 1
3 + 4 = 7
15 + 16 = 31
63 + 64 = 127
255 + 256 = 511
1023 + 1024 = 2047
4095 + 4096 = 8191
16383 + 16384 = 32767
65535 + 65536 = 131071
262143 + 262144 = 524287
1048575 + 1048576 = 2097151
4194303 + 4194304 = 8388607
16777215 + 16777216 = 33554431
67108863 + 67108864 = 134217727
268435455 + 268435456 = 536870911
1073741823 + 1073741824 = 2147483647
4294967295 + 4294967296 = 8589934591
17179869183 + 17179869184 = 34359738367
68719476735 + 68719476736 = 137438953471
         
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Números de Mersenne e de Fermat

O produto de 2 números ímpares sendo o primeiro fator um Número de Mersenne e o segundo fator um Número de Fermat tem como resultado um Número de Mersenne.

Exemplos:

a) 3 x 5 = 15

 

b) 15 x 17 = 255

 

c) 255 x 257 = 65535

 

d) 65.535 x 65.537= 4.294.967.295

 

e) 4.294.967.295 x 4.294.967.297 = 18.446.744.073.709.551.615

 

f) 18.446.744.073.709.551.615 x 18.446.744.073.709.551.617 = 3,4028236692093846346337460743177e+38

Pelos exemplos expostos, se deduz a seguinte fórmula:

[ (2^2^n) - 1 ] x [ (2^2^n) + 1 ]

Base 2 elevada à uma potência de 2 menos 1 unidade multiplicada pela Base 2 elevada à uma potência de 2 somada 1 unidade.

Números de Mersenne e soma de potências de base 2

Os Números de Mersenne também podem ser obtidos a partir da seguinte Fórmula, com n (ene) igual ou maior que 2:

[ ( 2^n ) - 2 ] / 2

Para mais informações veja estudo:

011-estudos-141-numeros-mersenne-e-numeros-binarios

 

Autores:  Ricardo Silva e Ari Costa - dezembro/2024

Fontes Bibliográficas:

SILVA, Ricardo José da. Descobrindo Números Primos a partir de Números Compostos. São Paulo, edição digital, 2019

SILVA, Ricardo José da. Escada de Theon e Sequências Numéricas. São Paulo, edição digital, 2023

SILVA, Ricardo José da. Estudos de Sequências Numéricas. São Paulo, edição digital, 2013

SILVA, Ricardo José da. Manual do Quadrado Mágico Triplo. São Paulo, edição digital, 2019

SILVA, Ricardo José da. Os Fantásticos Números Primos. São Paulo, edição digital, 2012

SILVA, Ricardo José da. Números Perfeitos e Sequências Numéricas. São Paulo, edição digital, 2020

SILVA, Ricardo José da. Números Primos e o Método Número Atraentes. São Paulo, edição digital, 2022

SILVA, Ricardo José da. Progressões Aritméticas e Geométricas - novas fórmulas de somas de PAs e PGs. São Paulo, edição digital, 2021

SILVA, Ricardo José da. Quadrados Mágicos e Sequências Numéricas. São Paulo, edição digital, 2018

SILVA, Ricardo José da. Números Triangulares e Sequências Numéricas. São Paulo, edição digital, 2013

SILVA, Ricardo José da. Ternos Pitagóricos e Sequências Numéricas. São Paulo, edição digital, 2017

SILVA, Ricardo José da. O Triângulo Retângulo - novas fórmulas algébricas e aritméticas de cálculos. São Paulo, edição digital, 2014

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