算法竞赛中的数论经典定理

素数定理:为小于等于的素数个数,那么有

定理:,那么有

定理:,那么

定理:,那么的值为

     (1)为素数,那么答案就是

     (2)有多个素因子,那么答案就是

     (3)只有一个素因子,那么答案就是该素因子

 定理:Fib数,那么有

定理:给定两个互素的正整数,那么它们最大不能组合的数为,不能组合的数的个数为

定理:

 

    (满足积性函数)

定理:

 

定理:任何个连续的正整数的乘积均可被整除

 

关于上述定理的两个结论

 

(1)如果是素数,那么均能被整除

 

    证明:如果,那么有,由于素数,那么有

 

         ,所以对所有的

 

         

 

         很明显能被整除。

 

Euler函数及其证明:

1.p^k的欧拉函数
对于给定的一个素数p,我们知道φ(p) = p-1。(φ(n)是Euler函数,表示和n互素的小于n的正整数的个数。) 
假设一个整数n是p的k次幂,也就是n = p^k,k∈N+
容易证明 φ(n) = p^k - p^(k-1)  
证明:已知小于p^k的正整数个数为p^k-1个,其中 
和p^k不互质的正整数有{p×1,p×2,...,p×(p^(k-1)-1)}共计p^(k-1)-1个 
所以φ(n) = p^k -1 - (p^(k-1)-1) = p^k - p^(k-1)
2.pq的欧拉函数
假设p,q是两个互质的正整数,则pq的欧拉函数为 
φ(pq) = φ(p)φ(q),gcd(p,q)=1(gcd(p,q)表示p与q的最大公约数,gcd(p,q)=1即表示p与q互质)
证明: 
∵m= pq, gcd(p,q) =1 
∴根据中国余数定理,有Zm和Zp×Zq之间存在一一映射 
所以M的完全余数集中元素的个数等于集合Zp×Zq元素的个数 
而后者的元素个数为φ(p)φ(q),所以有 φ(pq) = φ(p)φ(q)
3.任意正整数的欧拉函数
φ(n)=n∏(1-1/p),其中p为能够被n整除的质数

 

Euler定理及其证明:
对于互质的整数a和n,有a^φ(n) ≡ 1 (mod n) (1 (mod n)表示除以n后余1的整数)
证明:首先证明下面这个命题:
对于集合Zn={x_1,x_2,...,x_φ(n)},考虑集合
S = {ax_1(mod n),ax_2(mod n),...,ax_φ(n)(mod n)}
则S = Zn
1) 由于a,n互质,x_i也与n互质,则ax_i也一定于n互质,因此
任意x_i,ax_i(mod n) 必然是Zn的一个元素
2) 对于Zn中两个元素x_i和x_ j,如果x_i ≠ x_ j
则ax_i(mod n) ≠ ax_ j(mod n),这个由a、n互质和消去律可以得出。
所以,很明显,S=Zn
既然这样,那么
(ax_1 × ax_2×...×ax_φ(n))(mod n)
= (ax_1(mod n) × ax_2(mod n)× ... × ax_φ(n)(mod n))(mod n)
= (x_1 × x_2 × ... × x_φ(n))(mod n)
考虑上面等式左边和右边
左边等于(a^φ(n) ×(x_1 × x_2 × ... × x_φ(n))mod n)(mod n)
右边等于x_1 × x_2 × ... × x_φ(n))(mod n)
而(x_1 × x_2 × ... × x_φ(n))(mod n)和n互质
根据消去律,可以从等式两边约去,就得到:
a^φ(n) ≡ 1 (mod n)(≡表示恒等于)

(2)如果是素数,那么有

 

    证明:由结论(1)很容易得到,一般性的结论可以重复此结论而得到。

 

 

小贴士:  对于任意的n>=1,b>1  有如下结论

原文地址:https://www.cnblogs.com/logichandsome/p/4060005.html