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과학

뫼비우스 함수

뫼비우스 함수과학
영어
Möbius function
정의역
양의 정수
가능한 값
−1, 0, 1
μ(n)=0의 조건
어떤 소수 p에 대해 p²이 n을 나눔
정수론의 뫼비우스 함수 μ(n)는 양의 정수 n의 소인수 구조에 따라 −1, 0, 1 중 하나를 주는 함수다. 같은 소인수가 두 번 이상 나타나면 0이고, 서로 다른 소수 k개의 곱이면 (−1)ᵏ이다. 특별히 μ(1)=1로 둔다.

소인수의 중복 검사

먼저 n의 소인수분해에 제곱 이상의 지수가 있는지 살핀다. 예를 들어 18=2×3²에는 소인수 3이 반복되므로 μ(18)=0이다. 반면 30=2×3×5에는 반복이 없고 서로 다른 소수가 세 개이므로 μ(30)=−1이다. 소수 자체의 크기가 아니라 중복 여부와 개수가 값을 결정한다.

1과 제곱 인수가 없는 수

μ(1)=1은 별도로 정하는 기본값이다. 1보다 큰 수에서 소인수가 모두 한 번씩 나타나면 서로 다른 소수의 개수가 짝수일 때 1, 홀수일 때 −1이다. 따라서 μ(n)이 0이 아니라는 것은 1보다 큰 제곱수로 나누어떨어지지 않는다는 성질과 연결된다.

서로소인 곱

a와 b가 서로소이면 μ(ab)=μ(a)μ(b)다. 그러나 서로소 조건 없이 같은 식을 적용해서는 안 된다. 예를 들어 μ(2)=−1이지만 μ(4)=0이므로 μ(2)μ(2)와 다르다. 이 조건은 곱셈적 함수의 성질을 사용할 때 확인해야 한다.

약수에 대한 합

n의 모든 양의 약수 d에 대해 μ(d)를 더하면 n=1일 때는 1이고 n>1일 때는 0이다. 예를 들어 6의 약수 1, 2, 3, 6에서는 1−1−1+1=0이다. 이 상쇄 성질은 약수들의 합으로 주어진 관계를 되돌리는 뫼비우스 반전의 바탕이 된다.

관련 문서

소인수분해 / 소수 / 서로소 / 약수 / 곱셈적 함수 / 포함배제 원리