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逐步淘汰原则

逐步淘汰原则

逐步淘汰原则(successive sweep principle )亦称容斥原理,这是数论和组合理论的重要方法。在数论中,常常遇到一些计数问题,这些计数问题往往归结为计算一个有限集S中不属于某些指定子集的元素的个数。套用逐步淘汰原则,可以很容易得到计算欧拉函式的重要公式。

基本介绍

  • 中文名:逐步淘汰原则
  • 外文名:successive sweep principle 
  • 别名:容斥原理
  • 概述:不属于有限集某些子集的元素个数
  • 套用领域:数论、组合理论
  • 学科:数学

定义

是一个非空的含有有限多个元素的集合,
为一个正整数,
个子集。若以
表示
中具有性质
的元素全体构成的集合,则可知:在
中既不具有性质
,又不具有性质
,...,又不具有性质
的元素的个数为
上述计数表达式通常被称为逐步淘汰原则(或容斥原理)。

证明

我们用
表示任一个有限集合
中元素的个数。若
为空集,则令
是一个非空的含有有限多个元素的集合,
为一个正整数,
个子集,则可以证明
上式可以从相应于
时的关係式(
的任意子集)
经套用数学归纳法而获得证明。
若用
表示
的任一子集
中的余集(即
是由
中的不在
中的元素构成的),则有
现在,若以
表示
中具有性质
的元素全体构成的集合,则可知:在
中既不具有性质
,又不具有性质
,...,又不具有性质
的元素的个数为

举例

例如,若
表示正整数,
,集合
定义为
则不超过
且既不能被3除尽,也不能被5除尽的正整数的个数为(注意:

Euler函式的计算公式

套用逐步淘汰原则,就很容易得到计算欧拉函式
的重要公式。
Euler函式的定义:模
的同余类
称为是模
的既约 (或互素)同余类,如果
。模
的所有既约同余类的个数记作
,通常称为Euler函式。
定理 若
是不同的素数,则

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