【知識總結】約數個數定理和約數和定理及其證明


據說這倆是小學奧數內容?完了我菜成一團沒上過小學

本文只研究正整數\(A\)的約數個數和約數和。首先對\(A\)分解質因數

\[A=\prod_i^n p_i^{a_i} \ (p_i是質數) \]

約數個數定理

先看結論

\[num=\sum_i^n (a_i+1) \]

考慮對於\(A\)的任意一個約數\(a\),都顯然存在唯一的數列\(a'\)使

\[a=\prod_i^n p_i^{a'_i} \ (0 \leq a'_i \leq a_i) \]

由唯一分解定理得,每一個符合條件的數列\(a'\)都對應\(A\)的一個約數,反之亦然。由乘法原理得共有\((a_1+1)*(a_2+1)...*(a_n+1)\)種數列\(a'\),得證。

約數和定理

同樣先看結論:

\[sum=\prod_{i=1}^n\sum_{j=0}^{a_i}p_i^j \]

首先考慮\(n=1\)的情況,即\(A=p^a \ (p是質數)\),顯然約數和是\(\sum_{i=0}^{a}p^i\)

\(n>1\),如果已知了\(x=A/{p_n^{a_n}}\)的約數和\(sum'\),如何求\(A\)的約數和\(sum\)呢?

顯然,給每個\(x\)的約數\(x'\)均乘上每一個\(p_n^i \ (0 \leq i \leq a_n)\),就構成了\(A\)的約數集合。那么就得到

\[sum=\sum \left(x'*\sum _{i=0}^{a_n}p_n^i\right) \]

由乘法分配律得到

\[sum=sum'*\sum _{i=0}^{a_n}p_n^i \]

又由當\(n=1\)\(sum=\sum_{i=0}^{a}p^i\)遞推得到最終的結論。


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