1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : نظرية الاعداد :

Möbius Function

المؤلف:  Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.)

المصدر:  The Möbius Function." §24.3.1 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover

الجزء والصفحة:  ...

18-8-2020

2101

Möbius Function

 MobiusFunction

The Möbius function is a number theoretic function defined by

 mu(n)=<span style={0 if n has one or more repeated prime factors; 1 if n=1; (-1)^k if n is a product of k distinct primes, " src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/MoebiusFunction/NumberedEquation1.gif" style="height:64px; width:341px" />

(1)

so mu(n)!=0 indicates that n is squarefree (Havil 2003, p. 208). The first few values of mu(n) are therefore 1, -1-1, 0, -1, 1, -1, 0, 0, 1, -1, 0, ... (OEIS A008683). Similarly, the first few values of |mu(n)| for n=1, 2, ... are 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, ... (OEIS A008966).

The function was introduced by Möbius (1832), and the notation mu(n) was first used by Mertens (1874). However, Gauss considered the Möbius function more than 30 years before Möbius, writing "The sum of all primitive roots [of a prime number p] is either =0 (when p-1 is divisible by a square), or =+/-1 (mod p) (when p-1 is the product of unequal prime numbers; if the number of these is even the sign is positive but if the number is odd, the sign is negative)" (Gauss 1801, Pegg 2003).

The Möbius function is implemented in the Wolfram Language as MoebiusMu[n].

The summatory function of the Möbius function

 M(x)=sum_(n<=x)mu(n)

(2)

is called the Mertens function.

MoebiusMuDensityPlot

The following table gives the first few values of n for mu(n)=-1, 0, and 1. The values of the first 10^4 integers are plotted above on a 100×100 grid, where values of n with mu(n)=-1 are shown in red, mu(n)=0 are shown in black, and mu(n)=1 are shown in blue. Clear patterns emerge where multiples of numbers each share one or more repeated factor.

mu(n) OEIS values of n
-1 A030059 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 30, ...
0 A013929 4, 8, 9, 12, 16, 18, 20, 24, 25, 27, 28, ...
1 A030229 1, 6, 10, 14, 15, 21, 22, 26, ...

The Möbius function has generating functions

 sum_(n=1)^infty(mu(n))/(n^s)=1/(zeta(s))

(3)

for R[s]>1 (Nagell 1951, p. 130). This product follows by taking one over the Euler product and expanding the terms to obtain

1/(zeta(s)) = product_(k=1)^(infty)(1-1/(p_k^s))

(4)

= (1-1/(p_1^s))(1-1/(p_2^s))(1-1/(p_3^s))...

(5)

= 1-(1/(p_1^s)+1/(p_2^s)+1/(p_3^s)+...)+(1/(p_1^sp_2^s)+1/(p_1^sp_3^s)+...+1/(p_2^sp_3^s)+1/(p_2^sp_4^s)+...)-...

(6)

= 1-sum_(0<i)1/(p_i^s)+sum_(0<i<j)1/(p_i^sp_j^s)-sum_(0<i<j<k)1/(p_i^sp_j^sp_k^s)+...

(7)

= sum_(n=1)^(infty)(mu(n))/(n^s)

(8)

(Derbyshire 2004, pp. 245-249).

An additional generating function is given by

 sum_(n=1)^infty(mu(n)x^n)/(1-x^n)=x

(9)

for |x|<1. It also obeys the infinite sums

sum_(n=1)^(infty)(mu(n))/n = 0

(10)

sum_(n=1)^(infty)(mu(n)lnn)/n = -1

(11)

sum_(n=1)^(infty)(|mu(n)|)/(n^2) = (15)/(pi^2)=1.51981775...

(12)

sum_(n=1)^(infty)(chi_(<span style={n:mu(n)=-1}))/(n^2)" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/MoebiusFunction/Inline55.gif" style="height:44px; width:87px" /> = 9/(2pi^2)=0.45594532...

(13)

sum_(n=1)^(infty)(chi_(<span style={n:mu(n)=1}))/(n^2)" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/MoebiusFunction/Inline58.gif" style="height:44px; width:81px" /> = (21)/(2pi^2)=1.06387242...

(14)

(OEIS A082020, A088245, and A088245; Havil 2003, p. 208), as well as the divisor sum

 sum_(d|n)|mu(d)|=2^(omega(n)),

(15)

where omega(n) is the number of distinct prime factors of n (Hardy and Wright 1979, p. 235).

mu(n) also satisfies the infinite product

 product_(n=1)^infty(1-x^n)^(mu(n)/n)=e^(-x)

(16)

for |x|<1 (Bellman 1943; Buck 1944;, Pólya and Szegö 1976, p. 126; Robbins 1999). Equation (◇) is as "deep" as the prime number theorem (Landau 1909, pp. 567-574; Landau 1911; Hardy 1999, p. 24).

The Möbius function is multiplicative,

 mu(mn)=<span style={mu(m)mu(n) if (m,n)=1; 0 if (m,n)>1, " src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/MoebiusFunction/NumberedEquation7.gif" style="height:41px; width:212px" />

(17)

and satisfies

 sum_(d|n)mu(d)=delta_(n1),

(18)

where delta_(ij) is the Kronecker delta, as well as

 sum_(d)mu(d)sigma_0(n/d)=1,

(19)

where sigma_0(n) is the number of divisors (i.e., divisor function of order zero; Nagell 1951, p. 281).


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "The Möbius Function." §24.3.1 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, p. 826, 1972.

Bellman, R. "Problem 4072." Amer. Math. Monthly 50, 124-125, 1943.

Buck, R. C. "Solution to Problem 4072." Amer. Math. Monthly 51, 410, 1944.

Derbyshire, J. Prime Obsession: Bernhard Riemann and the Greatest Unsolved Problem in Mathematics. New York: Penguin, pp. 245-250, 2004.

Gauss, C. F. §81 in Disquisitiones Arithmeticae. Leipzig, Germany, 1801. Translated by A. A. Clarke. New Haven, CT: Yale University Press, 1965.

Hardy, G. H. "A Note on the Möbius Function." §4.9 in Ramanujan: Twelve Lectures on Subjects Suggested by His Life and Work, 3rd ed. New York: Chelsea, pp. 64-65, 1999.

Hardy, G. H. and Wright, E. M. An Introduction to the Theory of Numbers, 5th ed. Oxford: Clarendon Press, p. 236, 1979.

Havil, J. Gamma: Exploring Euler's Constant. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2003.

Landau, E. Handbuch der Lehre von der Verteilung der Primzahlen. Leipzig, Germany: Teubner, 1909.

Landau, E. Prac. Matematyczno-Fizycznych 21, 97-177, 1910.

Landau, E. Wiener Sitzungsber. 120, 973-988, 1911.

Mertens, F. "Über einige asymptotische Gesetze der Zahlentheorie." J. reine angew. Math. 77, 46-62, 1874.

Miller, J. "Earliest Uses of Symbols of Number Theory." https://members.aol.com/jeff570/nth.html.

Möbius, A. F. "Über eine besondere Art von Umkehrung der Reihen." J. reine angew. Math. 9, 105-123, 1832.

Nagell, T. Introduction to Number Theory. New York: Wiley, p. 27, 1951.

Pegg, E. Jr. "Math Games: The Möbius Function (and Squarefree Numbers)." Nov. 3, 2003. https://www.maa.org/editorial/mathgames/mathgames_11_03_03.html.

Pólya, G. and Szegö, G. Problems and Theorems in Analysis, Vol. 2. New York: Springer-Verlag, 1976.

Robbins, N. "Some Identities Connecting Partition Functions to Other Number Theoretic Functions." Rocky Mtn. J. Math. 29, 335-345, 1999.

Rota, G.-C. "On the Foundations of Combinatorial Theory I. Theory of Möbius Functions." Z. für Wahrscheinlichkeitsth. 2, 340-368, 1964.

Séroul, R. "The Moebius Function." §2.12 and 8.5 in Programming for Mathematicians. Berlin: Springer-Verlag, pp. 19-21 and 167-169, 2000.

Sloane, N. J. A. Sequences A008683, A008966, A013929, A030059, A030229, A082020, A88245, and A88246 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Vardi, I. Computational Recreations in Mathematica. Redwood City, CA: Addison-Wesley, pp. 7-8 and 223-225, 1991.

Wilf, H. Generatingfunctionology, 2nd ed. New York: Academic Press, p. 61, 1994.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي