
問題の解答

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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