易混 2025 年江西预赛 · P006302
两题都把算术函数方程转到素数幂层,再以有限约束恢复原整数;但因数个数与欧拉函数对素数本身的依赖不同。不能把只看指数的计数公式,套到还含素数减一因子的条件里。
一题比较指数项与原素数幂的增长,另一题从函数值的约数反向限制可能出现的素数,再核幂次。
设 为正整数,欧拉函数 表示不大于 且与 互素的正整数的个数,例如 。若 ,试确定整数 的值。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
若 ,则 ,由排除各质因数倍数的容斥可得。欧拉函数只在正整数上讨论。
想法从哪来:反求欧拉函数若直接枚举整数,无法保证穷尽;先看目标函数值里没有因子5,却已知原数含5,这迫使原数只含一个5。剥离之后,目标成为一个质因数很少的小乘积。欧拉公式说明原数每有质数p,就必须向函数值贡献p-1,因此候选p可从目标的因数加一逐个筛选。还要留意质数幂会额外贡献p的幂:这使某个目标质因数既可能来自更高次幂,也可能来自另一质数减一。比较两种来源的总因子开销,可以排除看似可能的组合。最后别漏掉乘一个互素的2不改变奇数欧拉值这一特殊分支。
先剥离质因数 ,再利用“若质数 整除整数,则 整除其欧拉函数值”限定所有可能质因数。
令 。由于 ,若 ,则 ,与 矛盾。因此 且 ,从而
若质数 ,则 。检查 的正因数
可知 只能是 。
在 中, 的指数不能超过 , 的指数只能为 , 的指数至多为 ,而 的指数至多为 。其中
若不用 ,则因子 只能来自 ,而因子 又只能来自 ;两者乘积已为 ,不可能。因此
由于 ,故
;额外乘以一个与 互素的因子 不改变欧拉函数值,所以第二个答案也成立。
反求欧拉函数原像时,先由 枚举候选质数,再用质数幂在欧拉函数中的额外因子限制指数。
须先排除25整除5x,再由p减1整除506筛选全部素数,利用11和23因子的来源强制23平方。
易混 2025 年江西预赛 · P006302
两题都把算术函数方程转到素数幂层,再以有限约束恢复原整数;但因数个数与欧拉函数对素数本身的依赖不同。不能把只看指数的计数公式,套到还含素数减一因子的条件里。
一题比较指数项与原素数幂的增长,另一题从函数值的约数反向限制可能出现的素数,再核幂次。
已记下,谢谢!