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【数学A】例題4.1.9:互いに素な自然数の個数(One More)★★★

【数学A】例題4.1.9:互いに素な自然数の個数(One More)
【数学A】例題4.1.9:互いに素な自然数の個数の例題ページ
問題の解答

【数学A】問題4.1.9:互いに素な自然数の個数の解答
検索用コード(LaTeX)
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% 例題A4.1.9:互いに素な自然数の個数(One More)★★★
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$n$以下の自然数で,$n$と互いに素である自然数の個数を$f(n)$とするとき,次の値を求めよ.ただし,$p,q$は異なる素数とする.

(1) $f(72)$

(2) $f(pq)$

(3) $f(p^n)$

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% 例題A4.1.9の解答(One More)★★★
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(1) $72=2^3\cdot 3^2$であるから,72と互いに素ではない自然数は,2または3の倍数である.

72以下の自然数について,

2の倍数は36個,3の倍数は24個,6の倍数は12個

したがって,72以下の自然数のうち2または3の倍数は,

\[
36+24-12=48(\text{個})
\]

よって,$f(72)=72-48=24$

(2) $p,q$はともに素数であるから,$pq$と互いに素ではない自然数は,$p$または$q$の倍数である.

$pq$以下の自然数について,

$p$の倍数は,$1\cdot p,2\cdot p,\ldots,(q-1)p,pq$の$q$個,

$q$の倍数は,$1\cdot q,2\cdot q,\ldots,(p-1)q,pq$の$p$個,

$p$の倍数かつ$q$の倍数は,$pq$の1個

したがって,$pq$以下の自然数のうち$p$または$q$の倍数は,$p+q-1$個

よって,$f(pq)=pq-(p+q-1)=pq-p-q+1$

(3) $p^n$以下の自然数について,$p$の倍数は,$p^n=p\cdot p^{n-1}$より,$p^{n-1}$個

よって,$f(p^n)=p^n-p^{n-1}$

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% 問題A4.1.9:互いに素な自然数の個数(One More)★★★
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$n$以下の自然数で,$n$と互いに素である自然数の個数を$f(n)$とするとき,次の値を求めよ.ただし,$p,q$は異なる素数,$m$は自然数とする.

(1) $f(75)$

(2) $f(p^2q)$

(3) $f(2^m)$

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% 問題A4.1.9の解答(One More)★★★
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(1) $75=3\cdot 5^2$であるから,75と互いに素ではない自然数は,3または5の倍数である.

75以下の自然数について,3の倍数は25個,5の倍数は15個,15の倍数は5個

したがって,75以下の自然数のうち3または5の倍数は,$25+15-5=35(\text{個})$

よって,$f(75)=75-35=40$

(2) $p,q$はともに素数であるから,$p^2q$と互いに素ではない自然数は,$p$または$q$の倍数である.

$p^2q$以下の自然数について,

$p$の倍数は,$p^2q=pq\cdot p$より,$pq$個,

$q$の倍数は,$p^2q=p^2\cdot q$より,$p^2$個,

$pq$の倍数は,$p^2q=p\cdot pq$より,$p$個

したがって,$p^2q$以下の自然数のうち$p$または$q$の倍数は,$pq+p^2-p$個

よって,$f(p^2q)=p^2q-(pq+p^2-p)=p^2q-p^2-pq+p$

(3) $2^m$以下の自然数について,2の倍数は,$2^m=2\cdot 2^{m-1}$より,$2^{m-1}$個

よって,$f(2^m)=2^m-2^{m-1}$

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