• 1.摘要
  • 2.历史:欧拉函数与费马小定理
  • 3.欧拉函数的值
  • 4.性质
  • 5.生成函数
  • 6.欧拉函数的走势
  • 7.其他与欧拉函数有关的等式
  • 8.与欧拉函数有关的不等式

欧拉函数

在数论中,对正整数n,欧拉函数image是小于或等于n的正整数中与n互质的数的数目。此函数以其首名研究者欧拉命名,它又称为φ函数(由高斯所命名)或是欧拉总计函数(totient function,由西尔维斯特所命名)。

例如image,因为1,3,5,7均和8互质。

欧拉函数实际上是模n的同余类所构成的乘法群(即环image的所有可逆元组成的乘法群)的阶。这个性质与拉格朗日定理一起构成了欧拉定理的证明。

历史:欧拉函数与费马小定理

1736年,欧拉证明了费马小定理:

假若 image 为质数,image 为任意正整数,那么 image 可被 image 整除。

然后欧拉予以一般化:

假若 imageimage 互质,那么 image 可被 image 整除。亦即,image

其中 image 即为欧拉总计函数。如果 image 为质数,那么 image,因此,有高斯的版本:

假若 image 为质数,imageimage 互质(image 不是 image 的倍数),那么 image

欧拉函数的值

image(小于等于1的正整数中唯一和1互质的数就是1本身)。

若n是质数p的k次幂,image,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,即是说若m,n互质,image。证明:设A, B, C是跟m, n, mn互质的数的集,据中国剩余定理,imageimage可建立双射(一一对应)的关系。(或者也可以从初等代数角度给出欧拉函数积性的简单证明) 因此image的值使用算术基本定理便知,

image

image

其中image是使得image整除image的最大整数image(这里image)。

例如image

性质

n的欧拉函数image 也是循环群 Cn 的生成元的个数(也是n阶分圆多项式的次数)。Cn 中每个元素都能生成 Cn 的一个子群,即必然是某个子群的生成元。而且按照定义,不同的子群不可能有相同的生成元。此外, Cn 的所有子群都具有 Cd 的形式,其中d整除n(记作d | n)。因此只要考察n的所有因数d,将 Cd 的生成元个数相加,就将得到 Cn 的元素总个数:n。也就是说:

image

其中的d为n的正约数。