Hàm (n ), hàm (n) và hàm euler (n )

Một phần của tài liệu Lí thuyết chia hết trong tập số tự nhiên và mối liên hệ với một số nội dung môn toán ở tiểu học (Trang 26 - 31)

CHƯƠNG 1 LÍ THUYẾT CHIA HẾT TRONG TẬP SỐ TỰ NHIÊN

1.3. Số nguyên tố và định lí cơ bản của số học

1.3.3. Hàm (n ), hàm (n) và hàm euler (n )

1.3.3.1. Hàm ( ) và hàm ( ). a) Định nghĩa và ví dụ.

Định nghĩa 1. Hàm số học n xác định với mọi số nguyên dương n và biểu thị số các ước nguyên dương của n.

Hàm số học n xác định với mọi số nguyên dương n và biểu thị tổng các

ước nguyên dương của n.

Ta có thể viết: n 1; n d

d \ n d \ n

(trong tổng n 1các số hạng đều bằng 1, số các số hạng bằng số các ước

d\ n nguyên dương của n ).

n còn được gọi là hàm đếm số các ước nguyên dương của n. Một vài giá trị đầu tiên của n là :

11;22;32;43;52;64;72;84;93; 10 4

Một vài giá trị đầu tiên của n là: 11;23;34;47;56;612;78;815; 9 13; 10 18

Nhận xét :

a. Số tự nhiên n là một số nguyên tố khi và chỉ khi n2 b. Số tự nhiên n là một số nguyên tố khi và chỉ khi nn 1 b) Công thức tính của n và n

Cơng thức tính của (n) Nếu n = 1 thì (n) = 1.

Nếu n > 1 và n = là dạng phân tích tiêu chuẩn của n thì

(n) = ( + 1)( + 1) … . ( + 1).

Chứng minh

Với n > 1 và k = 1 thì n = có và chỉ có ước là 1; , , … nên ta được ( ) = + 1.

Giả sử mệnh đề đúng với k – 1 ≥ 1. Khi ấy vì ƯCLN( … ) = 1 và có có tính chất nhân nên

(n)= = ( ) ( )

= ( + 1) ( + 1) … ( + 1)( + 1),

Tức là mệnh đề đúng với k. Từ đó suy ra mệnh đề đúng với mọi số tự nhiên n > 1.

Ví dụ: n = 360 = 2 3 5 ta có (360) = 24.

Chú ý: Ta có thể tìm cơng thức cho ( ). Từ đó suy ra tính chất nhân của ( ). Thật vậy ta biết rằng f(n) = là hàm số có tính chất nhân, nên với n có phân

= (1 + p + p + ⋯ + p )

|

Với s = 0 ta sẽ được kết quả

(n) = 1 = ( + 1)

|

Từ cơng thức tính (n) dễ dàng suy ra tính chất nhân của nó. Cơng thức tính của σ(n).

Nếu n = 1 thì σ(n) = 1;

Nếu n > 1 và n = là dạng phân tích tiêu chuẩn của nó thì

σ(n) = .

Chứng minh

Với n > 1 và k = 1 thì n = có và chỉ có các ước là , , …nên

σ(n) = 1 + + +⋯+ = .

Giả sử mệnh đề đúng với k −1 ≥ 1. Khi ấy ta có

σ(n) = σ( ) σ( )

=

(Vì ƯCLN( , ) = 1 và σ(n) có tính chất nhân), nghĩa là

mệnh đề đúng với k. Từ đó suy ra mệnh đề đúng với mọi số tự nhiên n > 1. Ví dụ: n = 360 = 2 . 3 . 5 ta có σ(360) = . . = 1170 c) Tính chất của hàm (n) và n Hàm n n là những hàm nhân. - Hàm (n) τ(n) là một hàm số có tính chất nhân Chứng minh

Ta có (1) = 1 nên khác 0. Giả sử a, b N*, ƯCLN(a, b) = 1, ta phải chứng minh (a.b) = (a). (b). Trước hết ta chứng minh

d | ab d = xy trong đó x | a, y | b và ƯCLN(x, y) = 1. (1)

Thật vậy nếu a =1 hoặc b = 1 thì (1) là hiển nhiên. Giả sử a > 1, b > 1 và a = và b = là dạng phân tích tiêu chuẩn của a và b. Từ ƯCLN(a, b) = 1 suy ra, , … , , , , … , là những số nguyên tố đôi một khác nhau và ab = là dạng phân tích tiêu chuẩn của ab.

Từ đó a | ab d = , 0 < , 0 < (0≤ ≤,0≤ ≤) Hay a | ab d = xy với x = và y = Tức là

a | ab d = xy với x | a, y | b. Thêm nữa rõ ràng ƯCLN(x, y) = 1.

Từ kết quả trên ta suy ra được rằng (ab) = (a). (b).

- Hàm ( )

Hàm số σ(n) là một hàm số có tính chất nhân. Chứng minh

Ta có σ(1) = 1 nên σ khác 0. Ta còn phải chứng minh ∀ , N*, ƯCLN(a, b) = 1 thì σ(ab) = σ(a)σ(b).

Thật vậy, giả sử x , x , … , x ( ) là các ước tự nhiên của y , y , … , y ( ) các ước tự nhiên của b. Ta có d | ab d = x y (i = 1, 2, …, ( ); j = 1, 2,… ( ))

Nên ta được σ(ab) = ∑ | = ∑ , ,… ( ) x y = ∑ ( ) x ∑ ( ) y = ( ) ( ).(đpcm) ,,…() 1.3.3.2. Hàm Euler ( ). a) Định nghĩa và ví dụ.

Định nghĩa. Hàm số học n xác định với mọi số nguyên dương n và biểu thị số các số nguyên dương không vượt quá n mà nguyên tố cùng nhau với n gọi là hàm Euler

n1

m n m , n 1

n còn gọi là hàm đếm các số nguyên dương không vượt quá n và nguyên tố với n .

Ví dụ: Một vài giá trị đầu tiên củan là: 12;21;32;42;54;62

Chú ý. Nếu p là số nguyên tố thì p p 1.Điều ngược lại cũng đúng. Mọi số tự nhiên p > 1 mà p p 1đều là số nguyên tố .

b) Cơng thức tính hàm n

Bổ đề 1. Giả sử d là một ước nguyên dương của số tự nhiên n . Khi đó số các số ngun dương khơng vượt q n mà có ước chung lớn nhất với n bằng d là

n d

Bổ đề 2. Với mọi số nguyên dương n ta cód n .

d \ n Cơng thức tínhn

- Với m p , trong đó p là một số nguyên tố và là một số tự nhiên khác 0, ta p p p 1 p 1 1 p - Với n > 1; Giả sử n p n 1 . p n

2 ... p nk là sự phân tích tiêu chuẩn của số tự nhiên

1 2 k

n thành tích các thừa số nguyên tố. Khi đó ta có:

1 1 1 k 1 n n 1 . 1 ... 1 n 1 p 1 p 2 p k i 1 p i Ví dụ: Tính 360 Ta có 360 = 23. 32.5 . Vậy: 360 360. 1 1 . 1 1 . 1 1 360.2.4 95 2 3 5 2.3.5 c) Tính chất hàm số ( ). ( )là hàm số có tính chất nhân

Chứng minh

Ta có (1) = 1 nên khác khơng. Bây giờ giả sử a, b là hai số tự nhiên khác 0 nguyên tố cùng nhau. Ta sẽ chứng minh rằng ( ) = ( ) ( ).

Thật vậy nếu a = 1 hoặc b = 1 thì đẳng thức là hiển nhiên. Giả sử a > 1, b > 1. Ta lập bảng M gồm ab số tự nhiên từ 0 đến ab − 1 như sau

0 1 2 a−1

a a + 1 a + 2 a + (a−1)

M= 2a 2a + 1 2a + 2 2a + (a−1)

. . . ….

(b−1)a (b−1)a+1 (b−1)a + 2 (b−1)a + (a−1) Bảng M có a cột và b hàng. Các số trong bảng nằm có cột thứ y, hàng thứ x là ax + y trong đó x = 0, 1,..., b − 1, y = 0, 1,.... a − 1.

Ta nhận xét rằng một số trong bảng M là nguyên tố với tích ab khi và chỉ khi số đó nguyên tố với cả a và b. Do đó để tìm các số trong bảng ngun tố với tích ab ta hãy tìm các số ngun tố với a rồi trong các số đó tìm các số ngun tố với b.

Bởi vì ƯCLN(ax + y, a) = ƯCLN(y, a) nên các số trong M nguyên tố với a khi và chỉ khi nó ở cột thứ y mà ƯCLN(y, a) = 1. Ta thấy có (a) cột như thế.

Trong mỗi cột y có chứa b số dạng ax + y (x = 0, 1, b − 1) nên theo mệnh đề 1, trong b số đó có đúng cp(b) số nguyên tố với b. Bởi vậy trong bảng M ở trên có tất cả ( ) số nguyên tố với ab. Nhưng theo định nghĩa, số các số trong bảng M nguyên tố với ab là (ab). Do đó (ab) = (a) (b).

Một phần của tài liệu Lí thuyết chia hết trong tập số tự nhiên và mối liên hệ với một số nội dung môn toán ở tiểu học (Trang 26 - 31)

w