■包除原理(その13)
オイラーの関数φ(d)は1からd−1までの整数のうち,dと互いに素になるものの個数として定義されます.たとえば,d=7の場合1,2,3,4,5,6なのでφ(7)=6,d=10の場合1,3,7,9がそうなのでφ(10)=4となります.
1は素因数をもたないため,φ(1)は意味をなしませんが,特別にφ(1)=1と定義されます.
φ(1)=φ(2)=1,
φ(3)=φ(4)=φ(6)=2,
φ(5)=φ(8)=φ(10)=4,
φ(7)=φ(9)=6
1760年頃,オイラーは,数nが素因数p,q,r,・・・をもつときに,それらの重複度にかかわらず,
φ(n)=n(1−1/p)(1−1/q)(1−1/r)・・・
であることを示しました.
この原理は「エラトステネスのふるい」によっているのですが,たとえば,10=2・5,44=2^2・11,100=2^2・5^2より,
φ(10)=10(1−1/2)(1−1/5)=4
φ(44)=44(1−1/2)(1−1/11)=20
φ(100)=100(1−1/2)(1−1/5)=40
また,任意の素数pに対して,
φ(p^n)=p^n(1−1/p)
したがって,
φ(p)=p(1−1/p)=p−1
となります.
また,
n=φ(p)+φ(q)+φ(r)+φ(pq)+・・・+φ(pqr)+・・・
が成り立ちます.すなわち,どんな数nもすべての約数のオイラー関数を足し合わせた値と一致するのです.
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