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莫比烏斯函式的證明

遺忘是可怕的東西……好記性不如爛筆頭講真……

命題

現在假設我不知道什麼是莫比烏斯函式,只知道

F(x)=dxf(d)若已知F(x),求f(x)的表示式

性質

從已知的關係,可以得到性質:
1. 若y|x(y<x),則F(y)包含的所有f(d)都被F(x)包含了,F(y)不能包含f(x)
2. 包含f(x)的最小項是F(x)

構造

x的第i小的約數是yi(yi<x),共有k個約數,則

f(x)=F(x)1ikf(yi)由於左邊的f(x)是一次的,所以右邊是F(yi)的線性組合,設ai作為F(yi)的係數,即f(x)=F(x)+1ikai
F(yi)=F(x)+1ikbif(yi)
可知所有的bi=1.現在即要求解ai.

yk,即x的最大真約數開始解,只有F(yk)包含了f(yk),可得ak=1。同時對所有f(yk)前的係數都貢獻-1。
再看yk1,如果f(yk1)前的係數已經被貢獻了-1,則ak=0,看下一個約數;否則要令+ak1=1,由此確定ak1

舉例

舉個例子:x=180,{yi}={1,2,3,4,5,6,9,10,12,15,18,20,30,36,45,60,90}
先確定90的係數a17為-1,前面是90的約數的係數添上-1;
再看60的列和為0,故a16為-1,前面是6的約數的係數添上-1;
再看45的列和為-1,故a

15為0;
……
直到所有係數都確定如下表:使得每列之和都為-1,即f(yi)前的係數都為-1

yi 1 2 3 4 5 6 9 10 12 15 18 20 30 36 45 60 90
a17 -1 -1 -1 0 -1 -1 -1 -1 0 -1 -1 0 -1 0 -1 0 -1
a16 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0 -1 -1 -1 0 -1 -1 0 0 -1 0
a
15
0 0

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