Superperfekte Zahl

Eine natürliche Zahl n wird als superperfekte Zahl bezeichnet, wenn die Summe der Teiler der Summe ihrer Teiler doppelt so groß ist wie die ursprüngliche Zahl n. Verwendet man ${\displaystyle \sigma \,}$ als Notation für die Teilersummenfunktion, so kann man die Definition wie folgt aufschreiben:

n ist eine superperfekte Zahl genau dann, wenn ${\displaystyle \sigma (\sigma (n))=2n.\,}$

Die bekannteren vollkommenen Zahlen erfüllen dagegen die Gleichung ${\displaystyle \sigma (n)=2n.\,}$ Die Frage, ob eine Zahl superperfekt ist, stellt sich bei der Untersuchung der iterierten Teilersummenfunktion (siehe auch Inhaltskette; hier wird jedoch die Abbildung ${\displaystyle n\mapsto \sigma (n)-n}$ iteriert).

Beispiele und Eigenschaften

Die Zahl 6 hat die Teiler 1, 2, 3 und 6. Die Summe dieser Zahlen ist 12. Die Teiler von 12 wiederum sind 1, 2, 3, 4, 6 und 12, deren Summe 28 ist. Wegen 28 ≠ 2·6 ist 6 keine superperfekte Zahl. Weitere Rechenbeispiele sind:

Zahl ${\displaystyle n}$	${\displaystyle \sigma (n)}$	${\displaystyle \sigma (\sigma (n))}$	${\displaystyle 2n}$	Superperfekt?
${\displaystyle 2}$	${\displaystyle \sigma (2)=1+2=3}$	${\displaystyle \sigma (3)=1+3=4}$	${\displaystyle 4}$	Ja
${\displaystyle 3}$	${\displaystyle \sigma (3)=1+3=4}$	${\displaystyle \sigma (4)=1+2+4=7}$	${\displaystyle 6}$	Nein
${\displaystyle 6}$	${\displaystyle \sigma (6)=1+2+3+6=12}$	${\displaystyle \sigma (12)=1+2+3+4+6+12=28}$	${\displaystyle 12}$	Nein
${\displaystyle 8}$	${\displaystyle \sigma (8)=1+2+4+8=15}$	${\displaystyle \sigma (15)=1+3+5+15=24}$	${\displaystyle 16}$	Nein
${\displaystyle 10}$	${\displaystyle \sigma (10)=1+2+5+10=18}$	${\displaystyle \sigma (18)=1+2+3+6+9+18=39}$	${\displaystyle 20}$	Nein
${\displaystyle 16}$	${\displaystyle \sigma (16)=1+2+4+8+16=31}$	${\displaystyle \sigma (31)=1+31=32}$	${\displaystyle 32}$	Ja

Die ersten superperfekten Zahlen sind 2, 4, 16, 64, 4096, 65536, 262144, … (Folge A019279 in OEIS).

Jede gerade superperfekte Zahl hat die Form ${\displaystyle 2^{p-1}}$, wobei ${\displaystyle 2^{p}-1}$ eine Mersenne-Primzahl ist (Beispiel: 16 ist superperfekt und 31 eine Mersenne-Primzahl). Umgekehrt liefert jede Mersenne-Primzahl eine gerade superperfekte Zahl. Ob es ungerade superperfekte Zahlen gibt, ist nicht bekannt.

Verallgemeinerung

Superperfekte Zahlen sind – genau wie die vollkommenen Zahlen – Beispiele für Zahlen der Oberklasse von (m, k)-superperfekten Zahlen, welche wie folgt definiert sind:

n ist eine (m, k)-superperfekte Zahl genau dann, wenn ${\displaystyle \sigma ^{m}(n)=k\cdot n}$ gilt.

Vollkommene Zahlen sind somit (1,2)-superperfekt und superperfekte Zahlen (2,2)-superperfekt. Die Mathematiker G. L. Cohen und H. J. J. te Riele halten es für möglich, dass jede Zahl (m, k)-superperfekt ist für geeignete m und k.

Es folgen ein paar Beispiele für verallgemeinerte ${\displaystyle (m,k)}$-superperfekte Zahlen:

Die Zahl 21 ist eine ${\displaystyle (2,3)}$-superperfekte Zahl, weil gilt:

${\displaystyle \sigma (21)=1+3+7+21=32}$

${\displaystyle \sigma ^{m}(21)=\sigma ^{2}(21)=\sigma (\sigma (21))=\sigma (32)=1+2+4+8+16+32=63}$

Es ist aber auch ${\displaystyle k\cdot 21=3\cdot 21=63}$.

Die Zahl 14 ist eine ${\displaystyle (3,12)}$-superperfekte Zahl, weil gilt:

${\displaystyle \sigma (14)=1+2+7+14=24}$

${\displaystyle \sigma ^{2}(14)=\sigma (\sigma (14))=\sigma (24)=1+2+3+4+6+8+12+24=60}$

${\displaystyle \sigma ^{m}(14)=\sigma ^{3}(14)=\sigma (\sigma (\sigma (14)))=\sigma (60)=1+2+3+4+5+6+10+12+15+20+30+60=168}$

Es ist aber auch ${\displaystyle k\cdot 14=12\cdot 14=168}$.

Die Zahl 18 ist eine ${\displaystyle (4,20)}$-superperfekte Zahl, weil gilt:

${\displaystyle \sigma (18)=1+2+3+6+9+18=39}$

${\displaystyle \sigma ^{2}(18)=\sigma (\sigma (18))=\sigma (39)=1+3+13+39=56}$

${\displaystyle \sigma ^{3}(18)=\sigma (\sigma (\sigma (18)))=\sigma (56)=1+2+4+7+8+14+28+56=120}$

${\displaystyle \sigma ^{m}(18)=\sigma ^{4}(18)=\sigma (\sigma (\sigma (\sigma (18))))=\sigma (120)=1+2+3+4+5+6+8+10+12+15+20+24+30+40+60+120=360}$

Es ist aber auch ${\displaystyle k\cdot 18=20\cdot 18=360}$.

Es folgen weitere Beispiele von (m, k)-superperfekten Zahlen:

Literatur

• D. Suryanarayana: Super perfect numbers. In: Elemente der Mathematik, 1969, 24, S. 16–17, digizeitschriften.de
• Dieter Bode: Über eine Verallgemeinerung der vollkommenen Zahlen. Dissertation, Braunschweig 1971
• Richard K. Guy: Unsolved Problems in Number Theory. 3. Auflage. Springer, 2004, Kapitel B2 und B9, Google books
• G. L. Cohen, H. J. J. te Riele: Iterating the sum-of-divisors function. In: Experimental Mathematics, 1993, 5, S. 93–100, projecteuclid.org

Weblinks

• Eric W. Weisstein: Superperfect Number. In: MathWorld (englisch).
• Superperfect Number. In: PlanetMath. (englisch)