Akvicor
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发布于 2019-08-07 / 3 阅读
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Dirichlet 狄利克雷卷积

定义

定义数论函数fg的狄利克雷卷积为h,则h(n)=\sum_{d|n}f(d) g(\frac{n}{d})记做h=f * g*代表卷积)

性质

狄利克雷卷积满足交换律,结合律,对加法满足分配律

  • 交换律:f * g = g * f

  • 结合律:(f * g) * h = f * (g * h)

  • 分配律:f * (g+h)=f * g + f * h

  • 单位元:f * e = e * f

  • 逆元:对于每一个f(1)\neq 0的函数f,都有f * g=\epsilon

两个积性函数的狄利克雷卷积依旧为积性函数。f,g为积性函数,则f * g也为积性函数

e为单位元,它卷上任意的数论函数仍为原数论函数,简单来说,就是e(n)=[n=1]

求一个函数的逆

只需定义:g(n)=\frac{1}{f(1)}\left([n==1]-\sum_{i|n,i\neq1}f(i)g(\frac{n}{i})\right)

这样的话:\sum_{i|n}f(i)g(\frac{n}{i})=f(1)g(n)+\sum_{i|n,i\neq1}f(i)g(\frac{n}{i})=[n==1]

常用的狄利克雷卷积

(1\cdot\mu)=e,因为\sum_{d|n}\mu(d)=[n=1]

\mu\cdot id=\phi,将欧拉函数的通式展开即可得到次式。

1\cdot id = \sigma

1\cdot 1 = \tau

我们能够通过简单的狄利克雷卷积运算轻易的证出莫比乌斯反演

若有F(n)=\sum_{d|n}f(d)

则有F=1\cdot f,两边同时卷上\mu,可得

\mu \cdot F = \mu \cdot 1 \cdot f

又因为1\cdot \mu =e,所以f=\mu\cdot F

f(n)=\sum_{d|n}\mu(d)\cdot F(\frac{n}{d})

我们甚至可以弄出一些很棒的东西,比如说

id=id\cdot e=id\cdot\mu\cdot 1=\phi\cdot1

n=id(n)=\sum_{d|n}\phi(d)

\sigma=1\cdot id=1\cdot(1\cdot\phi)=(1\cdot 1)\cdot\phi=\tau\cdot\phi

\sigma(n)=\sum_{d|n}\tau(d)\cdot\phi(\frac{n}{d})


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