OI中数学常见结论证明

由于最近在复习数学,所以会看到很多省略证明的结论……

可是显然很多结论的我而言一点都不平凡 QAQ……

于是我打算整理一下。

下文中未经说明所有数的值域都为 $\N^+$。

Dirichlet 卷积 & Möbius 反演

$\varphi\ast1=\mathrm{id}$

即证 $\sum\limits_{d\mid n}\varphi(d)=n$。

设 $f(n)=\sum\limits_{d\mid n}\varphi(d)$,则 $f$ 为积性函数,因为:

设 $x,y$ 满足 $x\perp y$,则:

容易知道若 $p$ 为素数,则 $f(p)=\varphi(1)+\varphi(p)=1+(p-1)=p$。

因为 $f(p^k)=\sum\limits_{i=0}^k\varphi(p^i)=\varphi(p^k)+f(p^{k-1})=p^k-p^{k-1}+f(p^{k-1})$,于是 $f(p^k)=p^k$。

对于合数,直接质因数分解,然后乘起来就好了。

证毕。

其他

除法分块

若 $\left\lfloor\dfrac{n}{x}\right\rfloor< \left\lfloor\dfrac n{x-1}\right\rfloor$ 且 $x\geqslant \sqrt n$,则 $\left\lfloor\dfrac{n}{\left\lfloor\frac{n}{\left\lfloor\frac{n}{x}\right\rfloor}\right\rfloor}\right\rfloor=\left\lfloor\dfrac nx\right\rfloor$ 且 $\left\lfloor\dfrac{n}{\left\lfloor\frac{n}{\left\lfloor\frac{n}{x}\right\rfloor}\right\rfloor+1}\right\rfloor<\left\lfloor\dfrac nx\right\rfloor$。

证明:

为方便表述,令 $y=\left\lfloor\dfrac nx\right\rfloor$。于是我们有

$y\leqslant\dfrac n{\left\lfloor\frac ny\right\rfloor}\Leftrightarrow\left\lfloor\dfrac ny\right\rfloor\leqslant \dfrac ny$

所以

还有

于是

所以

接着我们要证

即证

即证

即证

该命题的一个充分不必要条件为:

若 $\left\lfloor\dfrac ny\right\rfloor<y$,则:

于是

矛盾。

证毕。