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解析的整数論の問題

難易度 1大学院の講義の例題レベル大学院数学 解析的整数論

()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

この問題を解けるようになるまで(92 技能)
算数中学高校大学大学院

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一覧で見る(前提が先)
  1. 分数のたし算・ひき算
  2. 小数の四則計算
  3. 正負の数の加法・減法
  4. 分数のかけ算・わり算
  5. 四則の混じった計算の順序
  6. 正負の数の乗除・累乗と四則混合
  7. 分配法則を使った計算のくふう
  8. 文字式の計算(同類項・分配法則)
  9. 乗法公式による展開
  10. 因数分解
  11. 約数の見つけ方
  12. 文字式で表した整数の性質
  13. 余りによる整数の分類
  14. 樹形図で数え上げる
  15. 積の法則と和の法則
  16. 和の法則・積の法則と樹形図
  17. 合同式
  18. 最大公約数と最小公倍数
  19. 素因数分解と約数の個数
  20. 最大公約数と最小公倍数
  21. 互いに素な法への分解
  22. 順列・円順列・重複順列
  23. 組合せ
  24. 確率の定義と和事象・余事象
  25. 包除原理
  26. オイラー関数の計算
  27. 約数の個数と総和
  28. 乗法的関数と約数にわたる和
  29. メビウス関数と反転公式
  30. ディリクレ級数とオイラー積
  31. 3 次式までの展開と因数分解
  32. 微分係数と導関数の定義
  33. 多項式の微分
  34. 小数と分数のまじった計算
  35. 逆算(□ を求める)
  36. 1 次方程式の解き方
  37. 比例・反比例の式とグラフ
  38. 平方根の意味と根号の簡単化
  39. 関数 の式と変域
  40. 平方完成と 2 次関数のグラフ
  41. 2 次不等式
  42. 剰余の定理・因数定理と高次方程式
  43. 増減表と極値
  44. 等間隔にならんだ数の和
  45. 等差・等比数列の和と Σ
  46. 数列の極限
  47. 関数の極限
  48. 関数の連続性と中間値の定理
  49. 平均値の定理
  50. 積と商の微分
  51. 第 2 次導関数とグラフの凹凸
  52. 合成関数の微分
  53. 円の周の長さと面積
  54. おうぎ形の弧の長さと面積
  55. 弧の長さからおうぎ形の中心角と面積を求める
  56. 三角形・四角形の面積
  57. 三平方の定理
  58. 特別な直角三角形の辺の比
  59. 弧度法と単位円による三角関数
  60. の極限
  61. 加法定理と 2 倍角・半角・積和の公式
  62. 三角関数の導関数
  63. 根号の乗除と加減
  64. 指数の拡張と指数関数
  65. 対数の定義と性質
  66. 自然対数の底
  67. 指数関数・対数関数の導関数
  68. 増減・凹凸・漸近線とグラフ
  69. テイラー展開
  70. 漸近展開と極限
  71. 多項式の不定積分
  72. 基本的な関数の不定積分
  73. 置換積分
  74. 部分積分
  75. 定積分の計算
  76. 定積分の置換・部分積分と偶関数・奇関数
  77. 区分求積法
  78. オイラー・マクローリンの和公式
  79. 無限等比級数と無限級数
  80. べき級数と収束半径
  81. 複素数と 2 次方程式の虚数解
  82. オイラーの公式
  83. 極形式と積・商
  84. 複素数の指数関数・対数関数と分枝
  85. 2 変数の対称式
  86. 2 次方程式の解と係数の関係
  87. 2 数を解とする 2 次方程式と複素数の範囲の因数分解
  88. 正弦関数の無限積表示と無限積の値
  89. 分数関数の積分(部分分数分解)
  90. の部分分数展開と級数の和
  91. リーマンゼータ関数の特殊値
  92. 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

答えを見る
結果を記録する(このブラウザにだけ保存されます):
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。

この問題の確認

AI が作成した問題です。公開前に次の確認を行いました。確認の方法について

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