如何不用狄利克雷卷积证明莫比乌斯函数性质二

首先你要知道莫比乌斯函数性质二是什么:

[sumlimits_{dvert n}cfrac{mu(d)}{d}=cfrac{varphi(n)}{n} ]

这个性质阐述了莫比乌斯函数和欧拉函数之间的联系,可以用狄利克雷卷积简单证明,但是我不会

网上和 OI-Wiki 基本都是用狄利克雷卷积证明的,所以如何用普通数论知识证明呢?

首先你要知道莫比乌斯函数性质一是什么:

[sumlimits_{dvert n}mu{(d)}=[n=1] ]

这个是莫比乌斯函数的求和公式,证明略。

考虑欧拉函数的实际意义:

[varphi(n)=sumlimits_{i=1}^n[gcd(n,i)=1] ]

我们发现他莫名和莫比乌斯函数的和式有点关系:

[sumlimits_{i=1}^n[gcd(n,i)=1]=sumlimits_{i=1}^nsumlimits_{dvert gcd(n,i)}mu(d) ]

发现只有 (i)(d) 的倍数且 (dvert n) 的时候后面的式子才会被统计到。而 (n) 中共有 (cfrac{n}{d})(d) 的倍数,那么对于一个 (d) 就都乘上 (cfrac{n}{d})

UPD:原来的表述有一点不严谨,已更改

好像就证出来了,完整如下:

[egin{aligned} varphi(n)&=sumlimits_{i=1}^n[gcd(n,i)=1]\ &=sumlimits_{i=1}^nsumlimits_{dvert gcd(n,i)}mu(d)\ &=sumlimits_{dvert n}mu(d)cfrac{n}{d} end{aligned} ]

两边同除 (n),得到更常见的性质二:

[cfrac{varphi(n)}{n}=sumlimits_{dvert n}cfrac{mu(d)}{d} ]

嗯,确实,这个性质基本也用不到

原文地址:https://www.cnblogs.com/Midoria7/p/13858663.html