6
$\开始组$

1965年,Puliyakot Keshava Menon证明了$${\displaystyle\sum_{\substack{1\leqk\leqn\\gcd(k,n)=1}}\gcd(k-1,n)=\varphi(n)d(n)}$$存在$\varphi(n)$的总函数n美元$。如果我们在求和下移动函数d(n)美元$(计算除数的函数n美元$),如果我们考虑函数$${\显示样式g(n)=\sum_{\子堆栈{1\ltk\leqn\\gcd(k,n)=1}}d(k-1)}$$并分析其行为,直至$n=10^6$,我们发现(对于$n\gt35美元$)$${显示样式1\lt\frac{g(n)}{varphi(n)log(n$$ 有没有办法证明上述界限?

非常感谢。

$\端组$
  • $\开始组$ $d(0)$的值是多少? $\端组$ 评论 2021年6月7日20:08
  • $\开始组$ @索尔斯帕茨谢谢。我已经更正了这个问题。 $\端组$ 评论 2021年6月7日20:17
  • $\开始组$ 您可能有兴趣知道(除了渐近性之外)这个恒等式有多维推广。我记得在这个站点的某个地方用伯恩赛德引理证明了它,但这些归纳同样令人叹为观止,可能会激起你的兴趣。 $\端组$ 评论 2021年6月8日23:46

1答案1

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10
$\开始组$

我们实际上可以推导出总和的渐近表达式g(n)美元$使用一些已知的估计。我将给出一个计算草图。

首先使用Mobius反演去除共主条件:$$g(n)=sum{2\leqk\leqn}d(k-1)\sum{a\mid(k,n)}\mu(a)。$$颠倒求和的顺序可以得出$$g(n)=sum{a\midn}\mu(a)\sum{\子堆栈{2\leqk\leqn\\a\midk}}d(k-1)。$$变量改变后,内部总和为$$\sum{\子堆栈{2\leqk\leqn\\a\mid-k}}d(k-1)=sum{\substack{m\leqn\\m\equiv-1(\text{mod}\a)}d(m)。$$使用Pongsriam和Vaughn的结果(请参见这篇论文例如),我们有$$\sum{substack{m\leqn\\m\equiv-1(\text{mod}\a)}}d(m)=frac{1}{\phi(a)}\sum{subsstack{1\leqm\leq n\\(n,a)=1}}d。$$与右边总和相关联的Dirichlet级数是$$\zeta(s)^2\prod_{p\mida}\左(1-\frac{1}{p^s}\右)^2。$$计算涉及佩伦公式给予$$\sum{\子堆栈{1\leqm\leqn\\(m,a)=1}}d(m)=n\left(\frac{\phi(a)}{a}\right)^2\left(\ log n+2\gamma-1+2\ sum{p\mida}\frac}{p-1}\ right)+O\ left(d(a)n^{3/4}(\log n)^2_ight)。$$(这不是可以得到的最尖锐的错误项,但在这里就足够了。)

综合考虑,我们有$$g(n)=n\sum_{a\midn}\frac{\mo(a)\phi(a)}{a^2}\left(\log n+2\gamma-1+2\sum_{p\mida}\frac{\log p}{p-1}\right)+O\ left(n^{3/4+\epsilon}\rift)。$$回到你的实际问题上,主要订单条款是$$n\log n\sum_{a\mid n}\frac{\mu(a)\phi(a)}{a^2}=n\log n\prod_{p\ mid n}\left(1-\frac{1}{p}\right)\prod_{p\ mid n}\left(1+\frac{1}{p^2-p}\right)=\phi(n)\log n\prod_{p\ mid n}\left(1+\frac{1}{p^2-p}\right)$$数值计算表明$$1<\prod_{p\ mid n}\left(1+\ frac{1}{p^2-p}\right)<\prod_{p}\left(1+\ frac{1}{p^2-p}\right)<2$$对所有人来说n美元$(因为乘积可以绝对扩展到无穷大)。我不确定你的估计是否适用n美元$,但它至少能容纳足够大的n美元$.

$\端组$

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