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欧拉函数公式

2025-11-27 07:51:42

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欧拉函数公式求高手给解答

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2025-11-27 07:51:42

欧拉函数公式】在数论中,欧拉函数(Euler's Totient Function)是一个非常重要的函数,常用于计算与某个正整数互质的正整数个数。该函数通常用符号 φ(n) 表示,其中 n 是一个正整数。φ(n) 的值表示在 1 到 n 之间(包括 1 和 n)与 n 互质的正整数的个数。

一、欧拉函数的基本定义

对于任意正整数 n,欧拉函数 φ(n) 定义为:

> φ(n) = 1 到 n 中与 n 互质的整数的个数。

互质指的是两个数的最大公约数为 1。

二、欧拉函数的计算公式

1. 当 n 是质数时

如果 n 是质数 p,则 φ(p) = p - 1。因为除了 p 本身外,所有小于 p 的正整数都与 p 互质。

2. 当 n 是质数的幂次时

若 n = p^k,其中 p 是质数,k 是正整数,则:

$$

φ(p^k) = p^k - p^{k-1} = p^{k-1}(p - 1)

$$

3. 当 n 是多个质数的乘积时

若 n = p₁^k₁ × p₂^k₂ × ... × pₘ^kₘ,其中 p₁, p₂, ..., pₘ 是不同的质数,则:

$$

φ(n) = n \times \prod_{i=1}^{m} \left(1 - \frac{1}{p_i}\right)

$$

这个公式是欧拉函数的核心公式之一,适用于任何正整数 n。

三、欧拉函数的性质

性质 描述
1 φ(1) = 1
2 若 a 和 b 互质,则 φ(ab) = φ(a) × φ(b)
3 对于任意正整数 n,有 φ(n) ≤ n - 1,等号成立当且仅当 n 是质数
4 当 n > 1 时,φ(n) 是偶数

四、常见数值举例(表格)

n φ(n) 说明
1 1 只有一个数 1,与自身互质
2 1 1 与 2 互质
3 2 1 和 2 与 3 互质
4 2 1 和 3 与 4 互质
5 4 1, 2, 3, 4 与 5 互质
6 2 1 和 5 与 6 互质
7 6 所有 1~6 的数都与 7 互质
8 4 1, 3, 5, 7 与 8 互质
9 6 1, 2, 4, 5, 7, 8 与 9 互质
10 4 1, 3, 7, 9 与 10 互质

五、总结

欧拉函数 φ(n) 是数论中的基础工具,广泛应用于密码学、模运算、数论证明等领域。其核心公式为:

$$

φ(n) = n \times \prod_{pn} \left(1 - \frac{1}{p}\right)

$$

其中 p 是 n 的质因数。通过理解这一函数及其性质,可以更深入地掌握数论中的许多重要概念和应用。

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