1億年ぶりの更新。
もう無限回記事になってそうだけど、備忘録として。
$$ \sum_{i=1}^{n} gcd(n,i) を求めたい。 $$
さっそくやり方。
$$
\sum_{i=1}^{n} gcd(n,i)
\\= \sum_{d|n}d×(gcd(n,i)=dとなるようなi(1 \leq i \leq n)の個数)
\\= \sum_{d|n}d×(gcd(n/d,i)=1となるようなi(1 \leq i \leq n/d)の個数)
\\= \sum_{d|n}d×φ(n/d) \quad (φはオイラー関数)
\\= \sum_{d|n}n/d×φ(d)
\\(ここで、n= \prod_{i=1}^{k}p_{i}^{e_{i}},d= \prod_{i=1}^{k}p_{i}^{f_{i}}とすると)
\\= \sum_{d|n}(\prod_{i=1}^{k}p_{i}^{e_{i}-f_{i}})×( \prod_{i=1}^{k}(p_{i}^{f_{i}+1}-p_{i}^{f_{i}})/p_{i}) \quad(ただし、fi=0のときのみ例外となることに注意)
\\= \prod_{i=1}^{k}( (\sum_{j=1}^{e_{i}}(p_{i}^{e_{i}+1}-p_{i}^{e_{i}})/p_{i})+1)
\\= n\prod_{i=1}^{k}((p_{i}-1)(e_{i}+1)+1)/p_{i})
\\よって、nの素因数分解により \sum_{i=1}^{n}gcd(n,i)が求まる。
$$
おかしいところあったら指摘してもらえると助かります。
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