Pを与えられた素数とする時、
(1) 0以上1未満の分数で、分母がPである既約分数の個数を求めよ。
(2) m,n (m<n)を正の整数とするとき、
m以上n未満の分数で、分母がPである既約分数の個数を求めよ。
(3) (2)で得られた既約分数の総和を求めよ。
お願いします。
Pを与えられた素数とする時、
(1) 0以上1未満の分数で、分母がPである既約分数の個数を求めよ。
(2) m,n (m<n)を正の整数とするとき、
m以上n未満の分数で、分母がPである既約分数の個数を求めよ。
(3) (2)で得られた既約分数の総和を求めよ。
お願いします。
(1)
P/P=1より分子はP-1まで考える。
Pは素数なのでPと1~P-1では常に互いに素である。
よって1~P-1のP-1個である。
(2)
規約分数の値をA、分子の値をQと置く。
まずm以上m+1未満を考えると
A=Q/P=m+Q'/Pである。
(1)を利用すればこのようなQ'つまりQはP-1個ある。
m+1以上m+2未満…と考えていけば計(n-m)×(P-1)個ある。
(3)
(2)においてQ'は1・2・3・…P-1を値として取る{(1)より}
m以上m+1未満を考えると
S=∑A(m以上m+1未満)=∑m+∑Q'/P
(Q'について和を取りP-1個)
=m(P-1)+(P-1)(P-1+1)/2P
=m(P-1)+(P-1)/2
よってA=∑S(m~n-1) (mについて和を取り(n-m)個)
=∑m(P-1)+∑(P-1)/2
=(n-1)(n-1+1)/2(P-1) - m(m+1)/2(P-1) + (P-1)(n-m)/2
={n(n-1)-m(m+1)}/2(P-1) +(P-1)(n-m)/2
=(n+m)(n+m-1)/2(P-1) + (P-1)(n-m)/2
答えには自信がありません。
でも解く方針としてはこれでいいかと思います。
(1)
分子をk(:整数)とします.k=0では分数にならないので不適で除外.
0<\(\frac{k}{p}\)<1から,0<k<pで,k=1,2,・・・,p-1で,
いずれもpと互いに素なので,\(\frac{k}{p}\)は既約分数になります.
(2)
m≦\(\frac{k}{p}\)<nを解くと, mp≦k<np.
k=mp,mp+1,mp+2,・・・,np-1で,全部で(n-m)p個あります.
kがpの倍数であれば,既約分数になりませんが,
これ以外なら既約分数になります.
pの倍数になる場合の(n-m)個を除けばいいです.
したがって,(n-m)(p-1)個となります.
(3)
(2)の全部の和-(2)の除外するモノの和
={Σ(k=mp\(\vec{np}\)-1),(\(\frac{k}{p}\))}-{Σ(k=m\(\vec{n}\)-1),k}
={(m+n)(n-m)(p-1)}/2