求严格数学推导/形式化证明
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  • 发布时间2024/5/31 09:40
  • 上次更新2024/10/18 20:06:26
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求严格数学推导/形式化证明
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TG178X楼主2024/5/31 09:40

关于这个式子: d(ij)=∑x∣i∑y∣j[gcd⁡(x,y)=1]d(ij)=\sum_{x|i}\sum_{y|j}\big[\gcd(x,y)=1\big] 在此题题解中有很多证明,但是大多基于文字叙述,可以解释,但是不够优美。本人对此很不服气,想通过纯数学式子的推导证明出上面的式子。但是目前(指浪费了两节晚自习加一个上午之后)仍没有结果。故发帖求助。


另:目前有一些初步的转换(当然也许是错的),比如: d(ij)=d(i)d(j)d(gcd⁡(i,j))=∑x∣i∑y∣j1∑k∣i, k∣j1d(ij)=\dfrac{d(i)d(j)}{d\left(\gcd(i,j)\right)}=\dfrac{\sum_{x\mid i}\sum_{y\mid j}1}{\sum_{k\mid i,\,k\mid j}1} 而这与等式右边的形式十分类似。

或者从等式右边入手,推得: ∑x∣i∑y∣j[gcd⁡(x,y)=1]=∑x∣i∑y∣j∑k∣x,k∣yμ(k)=∑k∣i,k∣j∑x∣ik∑y∣jkμ(k)=∑k∣i,k∣jμ(k)⋅d(ik)⋅d(jk)=∑k∣gcd⁡(i,j)μ(k)⋅d(ijk2)⋅d(gcd⁡(i,j)k)\begin{aligned}&\sum_{x|i}\sum_{y|j}\big[\gcd(x,y)=1\big]\\=&\sum_{x|i}\sum_{y|j}\sum_{k\mid x,k\mid y}\mu(k)\\=&\sum_{k\mid i,k\mid j}\sum_{x\mid\frac{i}{k}}\sum_{y\mid\frac{j}{k}}\mu(k)\\=&\sum_{k\mid i,k\mid j}\mu(k)\cdot d\big(\frac{i}{k}\big)\cdot d\big(\frac{j}{k}\big)\\=&\sum_{k\mid\gcd(i,j)}\mu(k)\cdot d\big(\frac{ij}{k^2}\big)\cdot d\bigg(\frac{\gcd(i,j)}{k}\bigg)\end{aligned} 因为不想码太多式子所以跳了一些步骤,反正可能也是错的(雾
最后一步是因为: d(ik)⋅d(jk)=d(ik⋅jk)⋅d( ⁣gcd⁡(ik,jk))d\big(\frac{i}{k}\big)\cdot d\big(\frac{j}{k}\big)=d\big(\frac{i}{k}\cdot\frac{j}{k}\big)\cdot d\Big(\!\gcd\big(\frac{i}{k},\frac{j}{k}\big)\Big) 又因为 k∣gcd⁡(i,j)k\mid\gcd(i,j),所以 gcd⁡(ik,jk)=gcd⁡(i,j)k\gcd\big(\dfrac{i}{k},\dfrac{j}{k})=\dfrac{\gcd(i,j)}{k}。

之所以转换成这样是因为: I=d∗μI=d\ast \mu 除了中间的一项 d(ijk2)d\big(\dfrac{ij}{k^2}\big),刚好是一个卷积的形式。

其实这没有任何作用。


总之,求大佬给出一个推导式证明,感激不尽。

2024/5/31 09:40
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