尤拉函式為什麼是積性函式
// 下面是百度上找的錯誤證明 函式的積性即:若m,n互質,則φ(mn)=φ(m)φ(n)。由“m,n互質”可知m,n無公因數, 所以φ(m)φ(n)=m(1-1/p1)(1-1/p2)(1-1/p3)…(1-1/pn)·n(1-1/p1')(1-1/p2')(1-1/p3')…(1-1/pn'),//這裡已經用了計算公式,而計算公式是需要先有積性前提才推導的 其中p1,p2,p3...pn為m的質因數,p1',p2',p3'...pn'為n的質因數,而m,n無公因數, 所以p1,p2,p3...pn,p1',p2',p3'...pn'互不相同, 所以p1,p2,p3...pn,p1',p2',p3'...pn'均為mn的質因數且為mn質因數的全集, 所以φ(mn)=mn(1-1/p1)(1-1/p2)(1-1/p3)…(1-1/pn)(1-1/p1')(1-1/p2')(1-1/p3')…(1-1/pn'), 所以φ(mn)=φ(m)φ(n)。 查了很多資料會證明了: // 證明: 在證明前先了解下以下知識: (a,b)代表最大公約數,[a,b]代表最小公倍數 m|(a-b) <=> a≡b (mod m) a=pm+r (0<=r<m) b=qm+r (0<=r<m) 由此可以推出: 性質1:a≡a(mod m),(反身性) 這個性質很顯然.因為a-a=0=m·0。 性質2:若a≡b(mod m),那麼b≡a(mod m),(對稱性)。 性質3:若a≡b(mod m),b≡c(mod m),那麼a≡c(mod m),(傳遞性)。 性質4:若a≡b(mod m),c≡d(mod m),那麼a±c≡b±d(mod m),(可加減性)。 性質5:若a≡b(mod m),c≡d(mod m),那麼ac≡bd(mod m)(可乘性)。 證明 :m|(a-b) , m|(c-d) 設 a-b=km c-d=lm (ac-bd)=klm^2+(b+d)m =>m|(ac-bd) 性質6:若a≡b(mod m),那麼an≡bn(mod m),(其中n為自然數)。 證明 : m|(a-b) => m|n*(a-b) 性質7:若ac≡bc(mod m),(c,m)=1,那麼a≡b(mod m),(記號(c,m)表示c與m的最大公約數)。 證明 : m|c(a-b) d=(m,c)=>m/d|(a-b) => a≡b(mod m/d)=>當 d=1時 即(c,m)=1上面結論成立 性質8:若a≡b(mod m),那麼a的n次方和b的n次方也對於m同餘 證明 :a^n-b^k=(a-b)(a^(n-1)+a^(n-2)b.....b^(n-1)) +m|(a-b) ==>m|(a^n-b^n) 性質9:若 a≡b(mod m1) a≡b(mod m2).... a≡b(mod mi) 則 a≡b(mod [m1,m2,..mi]) 證明:m1 |(a-b) m2|(a-b) ..mi|(a-b) =>[m1,m2...mi]|(a-b) (因為 a-b裡面含了 m集合的所有因子和每個因子的最大個數) 推論 m1,m2..mi兩兩互質 則 a≡b(mod m1m2..mi); 定義 : X 代表 M 簡化剩餘系 個數φ(M) (有關簡化正餘系含義,百度吧) Y 代表 N 簡化剩餘系 個數φ(N) xi 代表X的元素 yj代表Y的元素 下面證明: φ(MN)=φ(M)φ(N) 其中(M,N)=1 我們需要證明 A: (xiN+yjM,MN)=1, xiN+yjM 代表的集合元素兩兩不在同一剩餘系裡 這樣個數肯定是φ(M)φ(N)個了 B: xiN+yM 可以代表 MN 的簡化剩餘系每個元素
證明 A: (xi,M)=1; => (xiN,M)=1; =>(xiN+yiM,M)=1; ....1 (yi,N)=1; => (yiM,N)=1; =>(yiM+xiN,N)=1; ....2 由 1,2 => (xiN+yiM,MN)=1; 上面都是由數之間互質才推導的 xiN+yjM≡xkN+ylM (mod MN) => xiN+yjM≡xkN+ylM (mod M) => xiN≡xkN (mod M) 由性質 7 =>xi≡xk (mod M)=> i=k 同理 j=l 所以 xiN+yjM 代表的集合元素兩兩不在同一剩餘系裡 證明 B: 設 Z 是MN 的簡化剩餘系的集合的任意某個元素 由於 (N,M)=1 => 存在 x0,y0 --> Mx0+Ny0=1 => Mx0Z+Ny0Z=Z =>存在 x,y --> Mx+Ny=Z ......1 (Z,MN)=1; =>(Mx+Ny,M)=1; =>(Ny,M)=1; =>(y,M)=1 =>y≡xi (mod M) 同理可得 x=yj (mod N) y≡xi (mod M) => Ny≡Nxi (mod MN) 同理 Mx=Myj (mod MN) 根據同餘性質 Ny+Mx=Myj+Nxi (mod MN) => Z=xiN+yjM (mod MN) 所 MN 的簡化剩餘系每個元素都可以用 xiN+yjM表示 綜上 xiN+yjM 有 φ(M)φ(N)個元素 且每個與 MN互質,xiN+yjM兩兩不在同一剩餘系裡面 可得 φ(MN)=φ(M)φ(N) 其中(M,N)=1
*若p是素數,E(p)=p-1。 *E(p^k)=p^k-p^(k-1)=(p-1)*P^(k-1) 證:令n=p^k,小於n的正整數數共有n-1即(p^k-1)個,其中與p不質的數共[p^(k-1)-1]個(分別為1*p,2*p,3*p...p(p^(k-1)-1))。 所以E(p^k)=(p^k-1)-(p^(k-1)-1)=p^k-p^(k-1).得證。 *若ab互質,則E(a*b)=E(a)*E(b),尤拉函式是積性函式. *對任意數n都可以唯一分解成n=p1^a1*p2^a2*p3^a3*...*pn^an(pi為素數). 則E(n)=E(p1^a1)*E(p2^a2)*E(p3^a3)*...*E(pn^an) =(p1-1)*p1^(a1-1)*(p2-1)*p2^(a2-1)*...*(pn-1)*pn^(an-1) =(p1^a1*p2^a2*p3^a3*...*pn^an)*[(p1-1)*(p2-1)*(p3-1)*...*(pn-1)]/(p1*p2*p3*...*pn) =n*(1-1/p1)*(1-1/p2)*...*(1-1/pn) * E(p^k) =(p-1)*p^(k-1)=(p-1)*p^(k-2)*p E(p^(k-1))=(p-1)*p^(k-2) ->當k>1時,E(p^k)=E(p*p^(k-1))=E(p^(k-1))*p. (當k=1時,E(p)=p-1.) 由上式: 設P是素數, 若p是x的約數,則E(x*p)=E(x)*p. 若p不是x的約數,則E(x*p)=E(x)*E(p)=E(x)*(p-1).
小記: d=gcd(a,b); a'd=a b'd=b (a',b')=1 要 d=gcd (b,a-qb) 要成立 則(b',a'-qb')=1 證明 (b',a'-qb')=1; 假設 b',a'-qb' 不互質 則 設 b'=kd' a'-qb'=ld' d'>1 則 a'-q(kd')=ld' a'=(qk+l)d' 與 (a',b')矛盾 問題描述: 給出一個N,求1..N中與N互質的數的和 if gcd(n,i)=1 then gcd(n,n-i)=1 (1<=i<=n) 反證法: 如果存在K!=1使gcd(n,n-i)=k,那麼(n-i)%k==0 而n%k=0 那麼必須保證i%k=0 k是n的因子,如果i%k=0那麼gcd(n,i)=k,矛盾出現; 於是問題變的非常簡單 ANS=N*phi(N)/2 i,n-i總是成對出現,並且和是n 於是可能就有人問了,如果存在n-i=i那不是重複計算? 答案是不會 因為: n=2*i->i=n/2 1.如果n是奇數,那麼n!=2*i,自然也不存在n-i=i和重複計算之說 2.如果n是偶數,n=2*i成立,gcd(n,n/2)必然為n的一個因子,這個因子為1當且僅當n==2 於是對於n>2的偶數,絕對不存在gcd(n,n/2)=1所以更別說什麼重複計算了 對於n==2 ans=2*1/2=1 正好也滿足
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