题:设nnn为一个正整数,那么∑d∣nϕ(d)=n\sum_{d|n}\phi(d) = n∑d∣nϕ(d)=n
证:
∵\because∵对于任意2个不同的因子d1,d2d_1,d_2d1,d2,如果(k1,d1)=1,(k2,d2)=1(k_1, d_1) = 1,(k_2, d_2) = 1(k1,d1)=1,(k2,d2)=1
∴k1d1\therefore \frac{k_1}{d_1}∴d1k1和k2d2\frac{k_2}{d_2}d2k2皆为最简分数且d1≠d2d_1 \neq d_2d1̸=d2
∴k1d1≠k2d2\therefore \frac{k_1}{d_1} \neq \frac{k_2}{d_2}∴d1k1̸=d2k2
∴nk1d1≠nk2d2\therefore \frac{nk_1}{d_1} \neq \frac{nk_2}{d_2}∴d1nk1̸=d2nk2
∵\because∵对于任一正整数k∈[1,n]k \in [1, n]k∈[1,n]
∴(k,n)=d⇒(kd,nd)=1\therefore (k, n) = d \Rightarrow (\frac{k}{d}, \frac{n}{d}) = 1∴(k,n)=d⇒(dk,dn)=1,这里d′=nd,k′=kdd' = \frac{n}{d}, k' = \frac{k}{d}d′=dn,k′=dk
∴\therefore∴每个kkk可分配到唯一的d=n(k,n)d = \frac{n}{(k, n)}d=(k,n)n中,这里称为CdC_dCd类
∵k∈[1,n]⇒k(k,n)≤nd\because k \in [1, n] \Rightarrow \frac{k}{(k,n)} \leq \frac{n}{d}∵k∈[1,n]⇒(k,n)k≤dn
∴Cd\therefore C_d∴Cd类中存在ϕ(d)\phi(d)ϕ(d)个正整数
∴∑d∣nϕ(d)=n\therefore \sum_{d|n}\phi(d) = n∴∑d∣nϕ(d)=n