解析的整数論の問題
()とし、 を用いてよい。 と互いに素な正の整数 全体にわたる無限級数 の値を求めよ。
この問題で使うもの
- 有限個のオイラー因子の除去と交代ゼータ(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(92 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る(前提が先)
- 分数のたし算・ひき算
- 小数の四則計算
- 正負の数の加法・減法
- 分数のかけ算・わり算
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 乗法公式による展開
- 因数分解
- 約数の見つけ方
- 文字式で表した整数の性質
- 余りによる整数の分類
- 樹形図で数え上げる
- 積の法則と和の法則
- 和の法則・積の法則と樹形図
- 合同式
- 最大公約数と最小公倍数
- 素因数分解と約数の個数
- 最大公約数と最小公倍数
- 互いに素な法への分解
- 順列・円順列・重複順列
- 組合せ
- 確率の定義と和事象・余事象
- 包除原理
- オイラー関数の計算
- 約数の個数と総和
- 乗法的関数と約数にわたる和
- メビウス関数と反転公式
- ディリクレ級数とオイラー積
- 3 次式までの展開と因数分解
- 微分係数と導関数の定義
- 多項式の微分
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 1 次方程式の解き方
- 比例・反比例の式とグラフ
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 関数 の式と変域
- 平方完成と 2 次関数のグラフ
- 2 次不等式
- 剰余の定理・因数定理と高次方程式
- 増減表と極値
- 等間隔にならんだ数の和
- 等差・等比数列の和と Σ
- 数列の極限
- 関数の極限
- 関数の連続性と中間値の定理
- 平均値の定理
- 積と商の微分
- 第 2 次導関数とグラフの凹凸
- 合成関数の微分
- 円の周の長さと面積
- おうぎ形の弧の長さと面積
- 弧の長さからおうぎ形の中心角と面積を求める
- 三角形・四角形の面積
- 三平方の定理
- 特別な直角三角形の辺の比
- 弧度法と単位円による三角関数
- の極限
- 加法定理と 2 倍角・半角・積和の公式
- 三角関数の導関数
- 根号の乗除と加減
- 指数の拡張と指数関数
- 対数の定義と性質
- 自然対数の底
- 指数関数・対数関数の導関数
- 増減・凹凸・漸近線とグラフ
- テイラー展開
- 漸近展開と極限
- 多項式の不定積分
- 基本的な関数の不定積分
- 置換積分
- 部分積分
- 定積分の計算
- 定積分の置換・部分積分と偶関数・奇関数
- 区分求積法
- オイラー・マクローリンの和公式
- 無限等比級数と無限級数
- べき級数と収束半径
- 複素数と 2 次方程式の虚数解
- オイラーの公式
- 極形式と積・商
- 複素数の指数関数・対数関数と分枝
- 2 変数の対称式
- 2 次方程式の解と係数の関係
- 2 数を解とする 2 次方程式と複素数の範囲の因数分解
- 正弦関数の無限積表示と無限積の値
- 分数関数の積分(部分分数分解)
- の部分分数展開と級数の和
- リーマンゼータ関数の特殊値
- 有限個のオイラー因子の除去と交代ゼータ
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
を と互いに素なものに制限した和は、 のオイラー積から素数 と のオイラー因子を取り除いたものになります。
ヒント 2
が成り立ちます。
ヒント 3
では です。あとは の値を代入します。
答えと解説
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解説を読む
オイラー積で考える. のとき は絶対収束し、素因数分解の一意性から
と素数ごとの因子の積に分かれる。 は「 が素因数 も ももたない」ことと同じなので、 を 以外の素数のべきの積に限った和は、オイラー積から の因子を取り除いたものになる:
(別の見方: 任意の正の整数は (、)と一意に書けるので 。)
値の計算.
より
よって 。
別解
は かつ と同値。オイラー積で から素数 の因子を除くと、
(別の見方: 全体から の倍数の和 を引き、残りから の倍数の和を引く包除原理でも同じ。)
検算: 包除原理で と一致する。数値では 、級数の最初の項は に近い。