尤拉函式的推導

2021-06-07 07:03:38 字數 1125 閱讀 6477

尤拉函式的定義:phi(n)表示在1~n中與n互質的數

難點:& 與平常的遞推唯一不同的是:遞推不是由(n-1)推來,這給想出推理過程帶來了麻煩

& 如何充分使用互質這個概念,不像其他遞推能夠容易的列出遞推關係

分析:&對互質的挖掘:

&  兩個數的最大公約數(a,b)為 1  ( (a,b)表示a,b的最大公約數)

&對構成b的所有素因子,a都不能整除它們

由這裡可以得到乙個很顯然的推論:如果構成a,b的素因子集合相同,那麼任意的乙個數與a,b的關係是: 同時與其互質或者同時不與其互質

& 上面經常出現的字眼「素因子」,是否在提示我們遞推式與素因子有關呢?

假設:  n=p*m     (p 為素數)

提示我們:phi(n),phi(m)是否存在遞推式呢?

答案是肯定的:

(1)1~n中與m互質的數目與phi(m)有什麼關係呢?

將1~n 可以分成p份: (1,m) , (m+1,2m),……( (p-1)*m,p*m )

為何這樣分呢? 你將發現 每份中與m互質的數目是相同的

因為 如果(b,m)=1,那麼(b+t*m,m)=1( b+t*m 無法整除m中任意素因子,模運算的分配率)

(2) 現在考慮乙個問題:(b,m)=1,那麼(b,n)=1麼?

從剛剛的互質出發:  如果構成m的素因子集合包含p,那麼構成n,m的素因子集合是相同的,

因此上式成立,否則當b能整除p時,上面顯然不成立(存在公有素因子p)。故:

m%p=0時   :phi(n)=phi(m)*p(一共有p份)

m%p!=0時:phi(n)=phi(m)*p-

=phi(m)(p,2*p,3*p,……,m*p中選取,等效1~m求與m互質的數目)

這phi(n)=phi(m)*(p-1)

最終得到遞推式:

m%p=0時   :phi(n)=phi(m)*p

m%p!=0時:phi(n)=phi(m)*(p-1)

遞推求出通項公式:

phi(n)=∏  pi^(ki-1)*(pi-1)  (為n的所有素因子)

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