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Problem 1019 >> 法雷级数和欧拉函数法雷级数和欧拉函数 - 交流讨论 - 信息学奥林匹克竞赛
crxis @ 2014-07-09 22:43:58
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法雷级数:法雷级数Fn定义为所有分母小于等于n,并且值介于0到1之间的既约分数(分子分母互素)从小到大排列所组成的序列。即

Fn = { a / b, gcd(a,b) = 1 && 0<=a<=b<=n}~~每次加的都是n中与n互质的数的个数~正式欧拉函数φ(n)

实例如下:

F1 = { 0 / 1, 1 / 1 }
F2 = { 0 / 1, 1 / 2, 1 / 1 }
F3 = { 0 / 1, 1 / 3, 1 / 2, 2 / 3, 1 / 1 }
百科中的法雷级数:
R.亨斯贝尔格著李忠翻译的《数学中的智巧》一书,介绍了法雷级数。这里每一行从0/1开始,以1/1结尾,其它数自左至右将所有的真分数按增加顺序排列;第n行是由所有分母小于或等于n的真分数(分子与分母互质)组成,我们称为n阶法雷级数。如下表:

F1: 0/1 1/1

F2: 0/1 1/2 1/1

F3: 0/1 1/3 1/2 2/3 1/1

F4: 0/1 1/4 1/3 1/2 2/3 3/4 1/1

F5: 0/1 1/5 1/4 1/3 2/5 1/2 3/5 2/3 3/4 4/5 1/1 //从小到大排的

F6:0/1 1/6 1/5 1/4 1/3 2/5 1/2 3/5 2/3 3/4 4/5 5/6 1/1 //每次加的都 是n中与n互质的数的个数~正式欧拉函数φ(n)

……………………………………

这里我们想问的是第n行Fn的真分数的个数有多少个呢?

我们设Fn的个数为ψ(n), ψ(n)比 ψ(n-1)增加的个数是分母是n,分子比n小且与n互质的数的个数,这正是欧拉函数φ(n)。即

ψ(n)=ψ(n-1)+ φ(n)

ψ(1)=1+φ(1)

ψ(2)=ψ(1)+φ(2)

ψ(3)=ψ(2)+φ(3)

……………………

ψ(n)= ψ(n-1)+ φ(n)

所以 ψ(n)=1+φ(1)+φ(2)+φ(3)+……+φ(n)

很容易证明,当n≥3时,欧拉函数φ(n)是个偶数。由此我们得到除ψ(1)=2是偶数外,法雷级数其它各级的个数都是奇数,并且许多是素数。ψ(1)=2,ψ(2)=3,ψ(3)=5,ψ(4)=7,ψ(5)=11,ψ(6)=13,ψ(7)=19

欧拉函数:

在数论,对正整数n,欧拉函数是少于或等于n的数中与n互质的数的数目~φ函数

φ函数的值
  通式:φ(x)=x(1-1/p1)(1-1/p2)(1-1/p3)(1-1/p4)…..(1-1/pn),其中p1, p2……pn为x的所有质因数,x是不为0的整数(讨论的是正整数)。φ(1)=1(唯一和1互质的数就是1本身)。
  若n是质数p的k次幂,φ(n)=p^k-p^(k-1)=(p-1)p^(k-1),因为除了p的倍数外,其他数都跟n互质。
  欧拉函数是积性函数——若m,n互质,φ(mn)=φ(m)φ(n)。
  特殊性质:当n为奇数时,φ(2n)=φ(n), 证明于上述类似。

φ(10)=10×(1-1/2)×(1-1/5)=4;
φ(30)=30×(1-1/2)×(1-1/3)×(1-1/5)=8;
φ(49)=49×(1-1/7)=42。


下面给出求一个很大的数的欧拉函数的思想:假设n=100 0000

先找出100 0000 以内的所有质数,再存在一个数组中,一趟过去(判断n是不是质数:看能不能整除从2到(int)sqrt(n)),依次找出一个出来,它的倍数就不用找了~标记,这样就省了很多的时间~~

再就是找质因数,如n,只要求sqrt(n)的质数的紧跟后面的那个质数的当中的所有的质数,这些质数只要能被n整除的就是n的质因子,都不能被他们整除的说明n是质数~~它的质因子就是自己再根据:

φ(n)=n(1-1/p1)(1-1/p2)(1-1/p3)(1-1/p4)…..(1-1/pn),其中p1, p2……pn为n的所有质因数 ~~得出与n互质的数的个数
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