Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Рожков_Ниссенбаум_ТЧМК_лекции.doc
Скачиваний:
1310
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
2.55 Mб
Скачать

§2. Функция Эйлера.

2.1. Мультипликативные функции.

Введем функции – целая часть отx , – дробная часть отx.

Функция Θ(a) называется мультипликативной, если:

  1. Определена для , и при этомa1:Θ(a1)≠0;

  2. : (a1,a2)=1Θ(a1a2)=Θ(a1)∙Θ(a2).

Пример:

Степенная функция – мультипликативная функция.

Свойства мультипликативных функций:

1. Если Θ(a) – мультипликативная функция, то Θ(1)=1.

Доказательство:

По определению мультипликативной функции, найдется a1: Θ(a1)≠0.

Тогда Θ(a1)=Θ(a1∙1)=Θ(a1) ∙ Θ(1). Отсюда Θ(1)=1.

2. Если Θ – мультипликативная функция, то для попарно простых чисел a1,a2,…,ak выполняется Θ(a1a2∙…∙ak)= Θ(a1)∙Θ(a2)∙…∙Θ(ak).

В частности,

(Доказательство очевидным образом следует из 2-го условия на мультипликативную функцию.)

  1. Если функции Θ1, Θ2, … ,Θk – мультипликативные, то их произведение Θ=Θ1∙Θ2∙…∙Θk – также мультипликативная функция.

  2. Если Θ(a) – мультипликативная функция, – каноническое разложениеа, то, обозначив знакомсумму по всем делителям числаа, имеем

(Доказываем, раскрывая скобки в правой части).

2.2. Функция Эйлера.

Функция Эйлера φ(a) есть количество чисел ряда 0, 1, …, а–1, взаимно простых с а ().

φ(1)=1, φ(2)=1, φ(3)=2, φ(4)=2, φ(5)=4, φ(6)=2 и т. д.

Свойства функции Эйлера:

1) φ(1)=1;

Доказательство следует из определения.

2) φ(p)=p–1, где р – простое;

Доказательство:

Действительно если р – простое, в ряду чисел 0, 1, …, p–1 не является взаимно простым с p только «0». Остальные p–1 чисел являются взаимно простыми с p в силу его простоты. Воспользовавшись определением функции Эйлера, получим искомое.

3)φ(pα)=pα–1(p–1) , где р – простое;

Доказательство:

Рассмотрим ряд чисел 0, 1, … , p, … , 2p, … , 3p, … , p2, … ,(p+1)p, … ,pα­--­­1­­­­.­

В этом ряду не взаимно простыми с pα являются только те числа, которые кратны p, то есть числа 0, p, 2p, …, (pα1–1)p. Таких чисел будет pα1. Всего же чисел в этом ряду будет pα.

Таким образом, количество чисел в рассматриваемом ряду, взаимно простых с pα будет pαpα–1= pα–1(p–1). Итак, φ(pα)=pα–1(p–1).

4)φ(a) – мультипликативная функция.

Доказательство:

Действительно, по определению функции Эйлера, она задана для всех положительных чисел, и согласно свойству №1 функции Эйлера, φ(1)=1.

Покажем, что φ(p1p2)=φ(p1)φ(p2), если p1, p2 ­– простые числа.

Действительно, в ряду чисел 0, 1, … , p1p2—1 ровно p2 чисел являются кратными p1 и ровно p1 чисел будут кратны p2. Причем, в силу взаимной простоты p1 и p2, это будут разные числа, и только число «0» кратно и p1, и p2. Таким образом, чисел, кратных p1 или p2 будет p1+p2—1. Тогда чисел, взаимно простых и с p1, и с p2 будет ровно p1p2p1p2+1=p1(p2—1)—(p 2—1) =(p1—1)(p2—1)= φ(p1)φ(p2).

Покажем теперь, что для взаимно простых чисел a1 и a2 справедливо φ(a1a2)=φ(a1)φ(a2).

Действительно, в ряду чисел 0, 1, … , a1a2—1 ровно a1a2—φ(a1)a2 чисел будут не взаимно простыми с a1 и a1a2—φ(a2)a1 чисел – не взаимно простыми с a2.

В то же время в ряду чисел 0, 1, … , a1—1 ровно a1— φ(a1) чисел не будут являться взаимно простыми с a1, в ряду чисел 0, 1, … , a2—1 ровно a2— φ(a2) чисел не будут являться взаимно простыми с a2. То есть среди чисел 0, 1, … , a1a2—1 не взаимно простыми одновременно и с a1 , и с a2 будут являться (a1—φ(a1))(a2—φ(a2)) чисел.

Таким образом, общее количество взаимно простых с a1a2 среди натуральных чисел, меньших a1a2, есть

a1a2—( a1a2—φ(a1)a2+ a1a2—φ(a2)a1—(a1—φ(a1))(a2—φ(a2)))=

= a1a2— (a1a2—φ(a1)a2— φ(a2)a1+ φ(a1)a2+ φ(a2)a1— φ(a1)φ(a2))= φ(a1)φ(a2).

Итак, доказали, что функция Эйлера – мультипликативная.

Пример

Вычислим φ(28350322).

Для того, чтобы вычислить значение функции Эйлера, необходимо найти каноническое разложение аргумента.

28350322=2·14175161=2·7·2025023=2·72·289289=2·73·41327=

=2·73·11·3757=2·73·11·13·289=2·73·11·13·172.

φ(28350322)= φ(2·73·11·13·172)= φ(2) · φ(73)· φ(11)· φ(13)· φ(172)=

=1·72·6·10·12·17·16=9596160.

Ответ: φ(28 350 322)=9 596 160.