莫比乌斯反演
莫比乌斯反演
约定
\([x]\) 为逻辑判断函数,若 \(x\) 为真则 \([x]=1\) 否则为 \(0\)
积性函数
对于一个数论函数 \(f\)。若当 \(gcd(i,j)=1\) 时,满足 \(f(i\times j)=f(i)\times f(j)\) 则称 \(f\) 为积性函数。
若对于任意 \(i,j\) 满足 \(f(i\times j)=f(i)\times f(j)\) 则称 \(f\) 为完全积性函数。
常见的积性函数:
单位元函数 \(\epsilon(n)=[n=1]\)
乘法单位元函数 \(E(n)=1\)
莫比乌斯函数 \(\mu(n)\)
欧拉函数 \(\varphi(n)\)
狄利克雷卷积
设 \(f,g\) 为两个数论函数,则卷积运算定义为:
也可以写成:
这个卷积满足交换律结合律。
交换律:由定义显然可知。
结合律:
定义乘法单位元函数 \(E\) 有 \(E(i)=1\)。那么就有:
定义单位元函数 \(\epsilon(n)=[n=1]\)。那么就有:
逆元
将 \(f\) 在狄利克雷卷积意义下的逆元记作 \(f^{-1}\)。定义 \((f*f^{-1})(n)=\epsilon(n)\)
莫比乌斯函数
设 \(n=\prod{p_i^{c_i}}\) 其中 \(c>0\) 而 \(p_i\) 为质数。
定义 \(\mu(n)\) 函数为:
说人话就是,如果 \(n\) 的某一个质因子的个数大于 \(1\) 那么 \(\mu(n)=0\) 。否则 \(\mu(n)=(-1)^m\) ,\(m\) 表示 \(n\) 的质因子个数。特殊地,我们定义 \(\mu(1)=1\)。
结论:莫比乌斯函数的逆元是 \(E\) 。
即有 \((\mu*E)(n)=\epsilon(n)\)。
证明:
设 \(n=\prod_{i=1}^m p_i^{c_i}\)。
特殊地,\((\mu*E)(1)\) 显然为 \(1\)。
也就是说 \((\mu*E)(n)=[n=1]\) 。
那么可得 \((\mu*E)(n)=\epsilon\) 。
莫比乌斯反演
对于两个数论函数 \(f,g\)。若有 \(f(n)=\sum_{d|n}g(d)\)。
则:
\(g(n)=\sum_{d|n}f(d)\mu(\frac{n}{d})\)。
证明:
得证。