メビウス反転とディリクレ畳み込み

1.数論の機能

2つの演算機能定義\(F(N)\)\(G(n)を\)

\((F + G)( n)は、F(N)+ G(n)を= \)

2.ディリクレ畳み込み

2つの算術関数のディリクレ畳み込みの定義\(* \)

算術関数の定義\(T = Fの* gは\ )

\(\ mathbf T(N)= \ sum_ {IJ = N} \ mathbf F(I)\ mathbf G(J)\)

显然、\(F * G = G * F、F×(グラム*のK)=(Fの* gで)* K、F×(G + K)ここで、f * gを+ F * k個の\ =)を

算術関数の定義\(F \)単位素子の\(ε\) そう\(\イプシロン\ AST \ mathbf F = \ mathbf F *ε\)

ときに、見やすい\が(私は\)に等しい\(1 \)場合、\(ε(I)= 1 \) そうでなければ、\(ε(I)= 0 \)

算術関数の定義\(G \)の関数として\(F \)逆元の、すなわち\(F * G =ε\ )

\(G(N)= \ dfrac {1} {F(1)} \左([N == 1] - \和の\ limits_ {I | N iはNE1 \} F(I)G(\ dfrac {N} {I})\右)\)

3.乗法機能

数論的関数なら\(F \)場合(n⊥m\)を\満たす場合\(F(NM)= F(N)F(M)を\) この関数は、乗法関数と呼ばれています

共通乗法関数:\(σ* _0 \) \(N- \)番号因子)、\(\ varphi(N-)\) \([1、N - 。] \)\(N- \)素数の数)

結論:

2つの関数の1ディリクレ畳み込みは、製品の関数の積であります

次のように証明します:

\(T = Fの* Gが\)
\ [\ {{整列} \ mathbf T(NM)&= \ sum_ {D \中間NM} \ mathbf F(D)\ mathbf G \左(\ FRACを開始NM} D \右)\\&= \ sum_ {\ミッドN、B \ミッドM} \ mathbfのF(ab)\ mathbf G \左(\ FRAC {NM} {AB} \右)\\&= \ sum_ {\ミッドN、B \ミッドM} \ mathbf F(A)\ mathbf F(B)\ mathbf G \左(\ FRAC NA \右)\ mathbf G \左(\ FRACのMB \右)\ \&= \(右\ \ sum_ {\ミッドN} \ mathbf F(A)\ mathbf G \左(\ FRAC右\ NA))左\(\ sum_ {\ミッドM B} \ mathbf F(左B)\ mathbf G \左(\ FRAC MB \右)\右)\\&= \ mathbf T(N)\ mathbf T(M)\端{整列} \]
2.一个积性函数的逆也是积性函数

次のように証明します:

セット\(グラム\)がある\(のF \)逆元

1. (NM = 1 \)は\、次に\(G(1)。1 = \) 結論が成立

2.当\(NM> 1 \)时、则有
\ [\ {整列}開始\ mathbf G(NM)&= - \ sum_ {中間NM、Dの\のneq1 \ D} \ mathbf F(D)\ mathbf G \左(\ FRAC {NM} D \右)\\&= - \ sum_ {\ミッドN、\ミッドM、AB \のneq1 B} \ mathbfのF(ab)\ mathbf G \左(\ FRAC { NM} {AB} \右)\\&= - \ sum_ {\ミッドN、\ミッドM B、ABの\ neq1} \ mathbf F(A)\ mathbf F(B)\ mathbf G \左(\ FRAC NA \右)\ mathbf G \左(\ FRACのMB \右)\\&= \ mathbf F(1)\ mathbf F(1)\ mathbf G(N)\ mathbf G(M) - \ sum_ {\ミッドN、B \ミッドM} \ mathbf F(A)\ mathbf F(B)\ mathbf G \左(\ FRAC NA \右)\ mathbf G \左(\ FRACのMB \右)\\&= \ mathbf G(N)\ mathbf G(M) - \左(\ sum_ {\ミッドN} \ mathbf F(A)\ mathbf G \左(\ FRAC \右)\右NA)\左(\ sum_ {B \ミッドM} \ mathbf F(B)\ mathbf G \左(\ FRAC MB \右)\右)\\&= \ mathbf G(N)\ mathbf G(M) - \イプシロン(N)\イプシロン( M)\\&= \ mathbf G(N)\ mathbf G(M)\端{整列} \]
ヒント:对于一个积性函数、明らかに\(F(1)= 1 \) \(F(1)\ NE1 \) の状況を一時的議論なし

使用します。

乗法機能のためにすぐに与えることをスクリーニングするための線形再帰的な方法であってもよいです

我々は乗法関数に置くことができる\(F \)を、することができる\(F(N)\)分解(\を\ mathbfのF(N) = \ prod_ {I = 1} ^ T \ mathbf F(P_I ^ { } K_I)\) すなわち、それはの素因数分解であります

線形プライム方法のメッシュ数ので、我々は、各素因数の最小数を決定することができる\(P_1 \) 素因数の最小数\(K_1 \)\(N / K_1 P_1 ^ {} \) することができます再帰式\(\ mathbfのF(N) = \ mathbf F(P_1 ^ {K_1})\ mathbf F(N / P_1 ^ {K_1})\) 直接計算\(\ mathbf fが\)

なぜなら$σ_0$および(\ varphi \)\、で容易に得られた値プライムパワー\(K> 0 \) \(\ sigma_0(P ^ K)= Kの+。1、\ varphi(P ^ K )= P ^ {K-1 }(P-1)\)

从而推出公式:
\ [\ sigma_0(N)= \ prod_ {i = 1} ^ T(K_I + 1)、\ varphi(N)= \ prod_ {i = 1} ^ np_i ^ {K_I-1}(P_I -1)= N \のprod_ {i = 1} ^ T \左(1- \ frac1 {P_I} \右)\]

4.メビウス反転

定義は\(\ mathbf1 \)逆れる(\ミュー\)\します

したがってため\(\ mathbf G = \ mathbf F \ AST \ mathbf1 \) そこ\(\ mathbfのF = \ mathbf F \ AST \ mathbf1 \ AST \ MU = \ mathbf G \ AST \ MU \)

すなわち、もし\(\ mathbf G(N)= \ sum_ {D \ MID N-} \ mathbf F(D)\)は、\(\ mathbfのF(N) = \ sum_ {D \ミッドN} \ミュー\左(\ FRAC ND \右)\ mathbfグラム(D)\)

これはメビウス反転ことを証明しています

以下のための\(\ミュー\)の計算方法

もちろん、ので\(\ mathbf1は\)自然の産物であり、\(\ muは\)される(\ mathbf 1 \)\ので、逆に\(\ MUが\)の積であります

得ることができる:
\ [\開始{ケース} \ MU(P ^ K)= 1&K = 0 \\ - 1 \\ 0&K> 1つの\エンドが{ケースが} \ 1&K =。。。。]
到着する:
\ [\ MU(N-) = \ {例}開始( - 1)^ T&N = p_1p_2 \ドットP_Tテキスト{\ と$ P_I $互いに異なる} \\ 0&N \テキスト{条件が満たされていない} \エンド{事例} \]
ヒント:について\を(N = 1 \) 次いで\(T = 0 \)

逆推論:

\ [[N == 1] = \ sum_ {D | n}は{\ MU(D)} \]

\(\ミュー\)明らかによく理解さの逆数であります

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転載: www.cnblogs.com/magicduck/p/11423193.html