關于數論函數方程 φ(n)=s(n9)

2013-01-05 06:46:26魏其矯

成都信息工程大學學報 2013年3期

陳燕, 魏其矯

(成都信息工程學院數學學院,四川成都610225)

“著名的美籍羅馬尼亞數學家Florentin Smarandache同時擁有許多其他身份,如詩人、作家、多種語言的翻譯家、哲學家、物理學家等。他不是一般的作家,在1999年他獲得諾貝爾文學獎提名!Smarandache函數是他在那本很有名或者很有趣的書《只有問題,沒有解答!》中提出來的,”各種數論函數的性質一直是一個令人感興趣的問題.對于正整數 n,與 φ(n)和 s(n)有關的函數方程 φ(n)=s(nt),前人做過一些研究[1-13],文中討論 t=9時的情形.

1 定義及引理

定義1[14]Euler函數:表示不大于n且與n互素的正整數的個數,記作:φ(n).

定義2[15]Smarandache函數:表示使得的最小的正整數 m,記作s(n),即 s(n)=min{m∈z+

引理1[14]Euler函數是積性函數,即對互素的正整數 a和b,φ(ab)=φ(a)φ(b).

引理2[14]如果是n的標準分解式,則

引理3 當 n＞2時,φ(n)必為偶數.

證明(i)如果n有奇素因數p,則 p-1是偶數.

(ii)如果沒有奇素因數,則因 n＞2,故有n=2r,其中 r是大于1的正整數.此時,根據引理2可知:φ(n)=2r-1也是偶數.

引理4[15]如果是n的標準分解式,則

引理5[15]對于素數p和正整數k,有s(pk)≤kp成立.

如果k＜p,那么s(pk)=kp,其中k為任意給定的正整數.

2 定理及其證明

定理當 t=9時,方程

φ(n)=s(nt)

僅有解n=1.

證明當 t=9時,方程 φ(n)=s(nt)可寫成 φ(n)=s(n9).

接下來,對這一方程進行求解:

(1)當 n=1時,顯然是方程的解.

(2)當 n＞1時,根據引理 4可設:

其中 p是n的素因數,?是p在n中的次數.

此時,根據引理1可得:

那么,方程 φ(n)=s(n9),可變為

p?-1(p-1)φ(n1)=s(p9?)

若存在p使上述等式成立,則驗證s(n9)=s(p9?)是否成立.若成立,則 p是方程φ(n)=s(n9)的解.若不成立,則 p不是方程φ(n)=s(n9)的解.

那么 ,有

(i)當?=1 時,方程可變為(p-1)φ(n1)=s(p9),則

若 p=2,那么s(29)=12=φ(n1),則 n1=13,由引理 5易知,該方程無解.

若 p=3,那么 s(39)=21=2φ(n1),顯然 21=2φ(n1)無整數解.

若 p=5,那么 s(59)=40=4φ(n1),則 n1=11,該方程無解.

若 p=7,那么 s(79)=56=6φ(n1),該方程無解.

若 p ≥11,那么 s(p9)=9p,φ(n)=(p-1)φ(n1),注意到 p?(p-1)φ(n1),因此 ,該方程無解.

(ii)當?=2時,方程可變為 p(p-1)φ(n1)=s(p18),則

若 p=2,那么s(218)=20=2φ(n1),則 n1=11,該方程無解.

若 p=3,那么 s(318)=39=3*2 φ(n1),無解 .

若 p=5,那么 s(518)=75=5*4φ(n1),該方程無解.

若 p=7,那么s(718)=112=6*7φ(n1),該方程無解.

若 p=11,那么 s(1118)=187=11*10φ(n1),無解.

若 p=13,那么 s(1318)=221=13*12φ(n1),無解.

若 p=17,那么 s(1718)=289=17*16φ(n1),無解.

若 p≥19,那么 n=1,64,72,80φ(n)=p(p-1)φ(n1),注意到(p-1)φ(n1)＞18,因此,該方程無解.

(iii)當?=3時,方程可變為 p2(p-1)φ(n1)=s(p27),則

若 p=2,那么 s(227)=32=22φ(n1),則 n1=15或 16,而 2| 16,所以16不是方程的解.當 n1=15,于是 n=15*23=120,然而s(1209)=s(59)=40≠s(227)=32.因此,該方程無解.

若 p=3,那么 s(327)=57=32*2φ(n1),無解.

若 p=5,那么 s(527)=115=52*4φ(n1),該方程無解 .

若 p=7,那么 s(727)=168=72*6φ(n1),該方程無解 .

若 p=11,那么 s(1127)=275=112*10 φ(n1),無解.

若 p=13,那么 s(1327)=338=132*12 φ(n1),無解.

若 p=17,那么 s(1727)=442=172*16 φ(n1),無解.

若 p=19,那么 s(1927)=494=192*18 φ(n1),無解.

若 p=23,那么 s(2327)=598=232*22 φ(n1),無解.

若 p≥29,那么 s(p27)=27p=φ(n)=p2(p-1)φ(n1),注意到 p2＞27p,因此,該方程無解.

(iv)當?=4 時,方程可變為 p3(p-1)φ(n1)=s(p36),則

若 p=2,那么 s(236)=40=23φ(n1),該方程無解 .

若 p=3,那么 s(336)=78=33*2φ(n1),無解.

若 p ≥5,由引理 5 可知 :s(p9?)≤9p?,注意到 φ(n)=p?-1(p-1)φ(n1)和 p?-1(p-1)＞9p?,因此 ,該方程無解.

(v)當?=5時,方程可變為 p4(p-1)φ(n1)=s(p45),則

若 p=2,那么 s(245)=48=24φ(n1),該方程無解 .