약수 함수

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약수 함수(Divisor function)는 특수함수의 하나로, 정의는 다음과 같다.

σs(n)≡∑d∣nds\displaystyle \sigma_s(n) \equiv \sum_{d|n} d^{s}\quad(단, dd는 nn의 약수, s∈C, n∈Ns \in \mathbb{C},\,n \in \mathbb{N})

즉, 어떤 자연수의 약수를 ss제곱한 것을 모두 더한 것을 함숫값으로 내놓는 함수이다. 특히 s=1s=1인 경우, 이 함수는 nn의 모든 약수들의 합을 내놓는다. s=0s=0인 경우 약수의 개수를 내놓는다.

가장 많이 쓰이는 용도는 완전수/부족수/과잉수 판별로, 이들은 진약수의 합이 어떤가에 따라 집합이 갈리기 때문이다. 덤으로 이를 이용해 소수를 정의하면 1이 소수가 아니라고 깔끔하게 정의된다.
  • 부족수: σ1(n)<2n\sigma_1(n) < 2n
  • 완전수: σ1(n)=2n\sigma_1(n) = 2n
  • 과잉수: σ1(n)>2n\sigma_1(n) > 2n
  • 소수: σ1(n)=n+1\sigma_1(n) = n+1

σ1(n)\sigma_1(n)은 일반화된 오각수[1]를 사용해서 구할 수도 있다.
σ1(n)=σ1(n−1)+σ1(n−2)−σ1(n−5)−σ1(n−7)+...\sigma_1(n)=\sigma_1(n-1)+\sigma_1(n-2)-\sigma_1(n-5)-\sigma_1(n-7)+...인데 다만 σ1(0)\sigma_1(0)자리엔 대신 n을 써야 성립한다.

ss에 복소수가 들어갈 수 있기 때문에, 복소수 ss에 대해서는 정의가 다음과 같이 바뀐다.

σs(n)≡∑d∣ndℜ(s) (cis∘ln⁡)(d ℑ(s))\displaystyle \sigma_s(n) \equiv \sum_{d|n} d^{\Re(s)}\, ({\rm cis} \circ \ln)( d \, \Im(s))

cis{\rm cis}는 허수지수함수, ln⁡\ln은 자연로그, ℜ,ℑ\Re, \Im는 각각 복소수의 실수부와 허수부를 뜻한다.

[1] n번째 오각수의 일반항 n(3n−1)2\frac{n(3n-1)}{2}의 n자리에 정수를 넣은 것