定义
设 f 和 g 都是数论函数
定义 f 和 g 的狄利克雷卷积为 H ,使得 H=f∗g
公式表示
H(n)=i∗j=n∑f(i)×g(j)
H(n)=i∣n∑f(i)×g(in)
定理
总览
若 f 和 g 都是积性函数,则 f∗g 也是积性函数
f∗g=g∗f
(f∗g)∗h=f∗(g∗h)
f∗(g+h)=f∗g+f∗h
证明
若 f 和 g 都是积性函数,则 f∗g 也是积性函数
=====(f∗g)(n)×(f∗g)(m)i∣n∑nf(i)×g(in)×j∣m∑mf(j)×g(jm)i∣n∑nj∣m∑mf(i)×f(j)×g(in)×g(jm)ij∣nm∑nmf(ij)×g(ijnm)k∣d∑df(k)×g(kd)(f∗g)(d)(nm=d,ij=k)
得证
f∗g=g∗f
===(f∗g)(n)i∣n∑f(i)×g(in)j∣n∑g(j)×f(in)(g∗f)(n)(j=in)
得证
(f∗g)∗h=f∗(g∗h)
======((f∗g)∗h)(n)xy=n∑(f∗g)(x)×h(y)xy=n∑(zw=x∑f(z)×g(w))×h(y)zwy=n∑(g(w)×h(y))×f(z)xz=n∑(wy=x∑g(w)×h(y))×f(z)xz=n∑(g∗h)(x)×f(z)(f∗(g∗h))(n)
得证
f∗(g+h)=f∗g+f∗h
=====(f∗(g+h))(n)xy=n∑f(x)×(g+h)(y)xy=n∑f(x)×(g(y)+h(y))xy=n∑f(x)×g(y)+f(x)×h(y)xy=n∑f(x)×g(y)+xy=n∑f(x)×h(y)(fg+f∗h)(n)
得证
推论
总览
1∗1=d
1∗Id=σ
μ∗1=ε
ϕ∗1=Id
μ∗Id=ϕ
证明
1∗1=d
==(1∗1)(n)i∣n∑1d(n)
1∗Id=σ
===(1∗Id)(n)(Id∗1)(n)i∣n∑Id(i)σ(n)
μ∗1=ε
设 k 是 n 的质因子个数
======(μ∗1)(n)(μ∗1)(n′)d∣n′∑μ(d)i=0∑k(ik)(−1)i1k−i(−1+1)k{k=0k=010ε(n)(n=p∣n∏pa,n′=p∣n∏p)
ϕ∗1=Id
∀d∣m,1≤a≤n,(a,n)=d→(da,dn)=1
这样的 a 可以选 ϕ(dm) 个
∴n=d∣n∑ϕ(dn)
∴(ϕ∗1)(n)=Id(n)
μ∗Id=ϕ
我们可以根据已有的推论
∵ϕ∗1=Id
∴ϕ∗1∗μ=Id∗μ
∵μ∗1=ε
∴ϕ∗ε=Id∗μ
观察左边的 =d∣n∑ϕ(d)ε(dn)
在 d=n 无贡献,因为 ε(dn)=0
在 d=n 有贡献 =ϕ(n)×1=ϕ(n)
∴Id∗μ=ϕ
例题
洛谷P1447
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