欧拉函数性质证明
欧拉函数性质
前言:欧拉函数的定义 φ(n) 为 1−n 中与 n 互质的数。
1证明: φ(1)=1
∵只有1与1本身互质∴φ(1)=1
2证明:当p是质数时,φ(p)=p−1
∵p是质数∴∀x(1<x<p)gcd(x,p)=1∴φ(p)=p−1
3证明:当p是质数时,对于n=pk,φ(n)=pk−pk−1=(p−1)×pk−1
∵n=pk∴φ(n)=n−np=n(1−1p)=pk×1−pk×1p=pk−pk−1=pk−1×pk−pk−1pk−1=pk−1×(pkpk−1−pkpk)=pk−1×(p−1)=pk−pk−1
4证明:对于gcd(a,b)=1,φ(a×b)=φ(a)×φ(b)
设a=pc11pc22⋯pcnn,b=qd11qd22⋯qdmm∴φ(a×b)=a×b(1−1p1)(1−1p2)⋯(1−1pn)(1−1q1)(1−1q2)⋯(1−1qm)=(a×(1−1p1)(1−1p2)⋯(1−1pn))(b×(1−1q1)(1−1q2)⋯(1−1qm))=φ(a)×φ(b)
5证明1:对于质数p,若n%p=0,则φ(n×p)=φ(n)×p
设n=pc11pc22⋯pcnn∵n%p=0∴lcm(n,p)=n∴φ(n×p)=p×n(1−1p1)(1−1p2)⋯(1−1pn)=φ(n)×p
证明2:对于质数p,若n%p!=0,则φ(n×p)=φ(n)×(p−1)
∵p是质数∴φ(p)=p−1,p与n互质∴φ(n×p)=φ(n)×φ(p)=φ(n)×(p−1)
7证明: ∑d|nφ(d)=n
设f(n)=∑d|nφ(d)∵f(n×m)=∑d|nmφ(d)=∑d|nφ(d)⋅∑d|mφ(d)=f(n)×f(m)∴f(x)是积性函数f(pm)=∑d|pmφ(d)=φ(p0)+φ(p1)+⋯+φ(pm)=1+(p1−1)+(p2−p1)+⋯+(pm−pm−1)=pm设n=pc11pc22⋯pcnn∴f(n)=f(pc11pc22⋯pcnn)=f(pc11)f(pc22)⋯f(pcnn)=pc11pc22⋯pcnn=n∴∑d|nφ(d)=f(n)=n