莫比乌斯函数学习

前言

以前学过一次了,然后全部就忘记了
于是重新学习了一次,学习顺序大概是按照我觉得好懂的。。

正文

定义

我们定义一个函数 μ ( d ) \mu{(d)} μ(d)
当d=1时 μ ( d ) = 1 \mu{(d)}=1 μ(d)=1
当d= p 1 ∗ p 2 ∗ p 3 ∗ . . . ∗ p k p_1*p_2*p_3*...*p_k p1p2p3...pk,且 p 1 , p 2 , p 3 , . . . , p k p_1,p_2,p_3,...,p_k p1,p2,p3,...,pk为不同质数时,则 μ ( d ) = ( − 1 ) k \mu{(d)}=(-1)^k μ(d)=(1)k
其余情况 μ ( d ) = 0 \mu{(d)}=0 μ(d)=0

性质1

∑ d ∣ n μ ( d ) = [ n = 1 ] \sum_{d|n} \mu{(d)}=[n=1] dnμ(d)=[n=1]
证明:
n = 1 n=1 n=1时,显然成立
n ! = 1 n!=1 n!=1时,我们不妨把他分解为 n = p 1 a 1 ∗ p 2 a 2 ∗ . . . ∗ p n a n n=p_1^{a_1}*p_2^{a_2}*...*p_n^{a_n} n=p1a1p2a2...pnan
明显地 μ \mu μ有值的情况,只有质因子为1的情况,不难看出, ∑ d ∣ n μ ( d ) = C n 0 − C n 1 + C n 2 . . . + ( − 1 ) k ∗ C n k \sum_{d|n} \mu{(d)}=C_n^0-C_n^1+C_n^2...+{(-1)}^k*C_n^k dnμ(d)=Cn0Cn1+Cn2...+(1)kCnk
这个的话,就可以用二项式定理来证了

性质2

F ( n ) = ∑ d ∣ n f ( d ) F(n)={\sum_{d|n}}f(d) F(n)=dnf(d),则有 f ( n ) = ∑ d ∣ n μ ( d ) F ( n d ) f(n)={\sum_{d|n}}\mu{(d)}F(\frac{n}{d}) f(n)=dnμ(d)F(dn)
证明:
∑ d ∣ n μ ( d ) F ( n d ) = ∑ d ∣ n ( μ ( d ) ∑ t ∣ n d f ( t ) ) = ∑ t d ∣ n μ ( d ) ∗ f ( t ) = ∑ t ∣ n ( f ( t ) ∑ d ∣ n t μ ( d ) ) = F ( n ) {\sum_{d|n}}\mu{(d)}F(\frac{n}{d})={\sum_{d|n}}(\mu{(d)}{{\sum_{t|\frac{n}{d}}}f(t))}={\sum_{td|n}}{\mu(d)*f(t)}={\sum_{t|n}}(f(t){{\sum_{d|\frac{n}{t}}}{\mu(d)})}=F(n) dnμ(d)F(dn)=dn(μ(d)tdnf(t))=tdnμ(d)f(t)=tn(f(t)dtnμ(d))=F(n)
对最后一步稍作解释,其实你把里面的 ∑ d ∣ n t μ ( d ) {\sum_{d|\frac{n}{t}}{\mu(d)}} dtnμ(d),代入性质1,就会发现,其实,只有 t = n t=n t=n的时候是不为 0 0 0的,因此显然成立

性质3

∑ d ∣ n μ ( d ) d = ϕ ( n ) n {\sum_{d|n}}\frac{\mu(d)}{d}=\frac{\phi(n)}{n} dndμ(d)=nϕ(n)
F ( n ) = n , f ( n ) = ϕ ( n ) F(n)=n,f(n)={\phi(n)} F(n)=n,f(n)=ϕ(n),然后就很显然了

题表将在这里给出

update2019.1.1:

补充另外一个形式
F ( n ) = ∑ n ∣ d f ( n ) F(n)=\sum_{n|d}f(n) F(n)=ndf(n),则有 f ( n ) = ∑ n ∣ d μ ( d n ) F ( d ) f(n)=\sum_{n|d}\mu{(\frac{d}{n})}F(d) f(n)=ndμ(nd)F(d)
容易发现,这个形式里面后面 μ \mu μ F F F里面的数字不可以翻转
但是形式二里面可以,这个在化式子的时候要注意

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