歐拉函數證明及其性質


歐拉函數證明

歐拉函數定義:定義一個數n,φ(n)為不大於n的,與n互質的數的個數。

證明方法用到容斥定理:容斥定理的原理如圖:      

                 

A∪B∪C=A+B+C - A∩B - B∩C - A∩C + A∩B∩C;

歐拉函數證明:

  小於等於n的基數有n個,討論所有n的素因子,只要是素因子的倍數的是都不是n的互質數。

首先如果如果n為素數那么,φ(n)=n-1;

如果n不是素數,只要除去n的質因子和n的質因子的倍數就可以了,①因為任意一個數都能表示成若干個素數的乘積,所以只要除去質因子的以及倍數就夠可以了,因為如果除去的不是質因子,那么這個因子還能繼續被分解成若干個質因子的乘積又能被n整除,綜上那么就有基數n減去所有是質因子倍數的個數,然后加上任意兩個,減三個,加四個…質因子積的倍數(容斥定理),②φ(n)=n - (n/p1 + n/p2 + n/p3 + n/p4 …. + n / pn - n / (p1 * p2) - n / (p1 * p3) ) …(容斥定理pn為質因子),所以②式得出的就是所有的互質數的個數。可化簡為φ(n)=n*(1-1/p1) *(1-1/p2) *(1-1/p3)…*(1-1/pk);

 

①式證明:當n=2時,顯然成立;

                假設當n=k時成立;

                那么當n=k+1時,如果n是素數那么顯然成立,如果不是素數那么n一定能分解成兩個數的乘積,又因為n=k時是成立的,所有綜上所述結論成立

另外歐拉函數還有兩條重要的性質,可以快速求出歐拉函數的值(aN的質因素)

  若( N%a ==0&&(N/a)%a ==0)則有:E(N)= E(N/a)*a;

  若( N%a ==0&&(N/a)%a !=0)則有:E(N)= E(N/a)*(a-1);


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