题:设 n n n为一个正整数,那么 ∑ d ∣ n ϕ ( d ) = n \sum_{d|n}\phi(d) = n ∑d∣nϕ(d)=n
证:
∵ \because ∵对于任意2个不同的因子 d 1 , d 2 d_1,d_2 d1,d2,如果 ( k 1 , d 1 ) = 1 , ( k 2 , d 2 ) = 1 (k_1, d_1) = 1,(k_2, d_2) = 1 (k1,d1)=1,(k2,d2)=1
∴ k 1 d 1 \therefore \frac{k_1}{d_1} ∴d1k1和 k 2 d 2 \frac{k_2}{d_2} d2k2皆为最简分数且 d 1 ≠ d 2 d_1 \neq d_2 d1̸=d2
∴ k 1 d 1 ≠ k 2 d 2 \therefore \frac{k_1}{d_1} \neq \frac{k_2}{d_2} ∴d1k1̸=d2k2
∴ n k 1 d 1 ≠ n k 2 d 2 \therefore \frac{nk_1}{d_1} \neq \frac{nk_2}{d_2} ∴d1nk1̸=d2nk2
∵ \because ∵对于任一正整数 k ∈ [ 1 , n ] k \in [1, n] k∈[1,n]
∴ ( k , n ) = d ⇒ ( k d , n d ) = 1 \therefore (k, n) = d \Rightarrow (\frac{k}{d}, \frac{n}{d}) = 1 ∴(k,n)=d⇒(dk,dn)=1,这里 d ′ = n d , k ′ = k d d' = \frac{n}{d}, k' = \frac{k}{d} d′=dn,k′=dk
∴ \therefore ∴每个 k k k可分配到唯一的 d = n ( k , n ) d = \frac{n}{(k, n)} d=(k,n)n中,这里称为 C d C_d Cd类
∵ k ∈ [ 1 , n ] ⇒ k ( k , n ) ≤ n d \because k \in [1, n] \Rightarrow \frac{k}{(k,n)} \leq \frac{n}{d} ∵k∈[1,n]⇒(k,n)k≤dn
∴ C d \therefore C_d ∴Cd类中存在 ϕ ( d ) \phi(d) ϕ(d)个正整数
∴ ∑ d ∣ n ϕ ( d ) = n \therefore \sum_{d|n}\phi(d) = n ∴∑d∣nϕ(d)=n