サイエンスとサピエンス

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自然数列へのオイラー関数の逐次適用

 オイラー関数φはnと素な約数の個数をあらわす。
これを自然数列(1,2,3,4,...)に順次適用したらば、どうなるだろうか?

1から100までのφ(n)はこうなる。

1, 1, 2, 2, 4, 2, 6, 4, 6, 4, 10, 4, 12, 6, 8, 8, 16, 6, 18, 8, 12,
10, 22, 8, 20, 12, 18, 12, 28, 8, 30, 16, 20, 16, 24, 12, 36, 18, 24,
16, 40, 12, 42, 20, 24, 22, 46, 16, 42, 20, 32, 24, 52, 18, 40, 24,
36, 28, 58, 16, 60, 30, 36, 32, 48, 20, 66, 32, 44, 24, 70, 24, 72,
36, 40, 36, 60, 24, 78, 32, 54, 40, 82, 24, 64, 42, 56, 40, 88, 24,
72, 44, 60, 46, 72, 32, 96, 42, 60, 40

偶数ばかりになった。
さらにこの列に対して、個別にφ(n)を計算すると。
(1)

1, 1, 1, 1, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 4, 2, 4, 2, 4, 4, 8, 2, 6, 4, 4, 4, 10,
4, 8, 4, 6, 4, 12, 4, 8, 8, 8, 8, 8, 4, 12, 6, 8, 8, 16, 4, 12, 8, 8,
10, 22, 8, 12, 8, 16, 8, 24, 6, 16, 8, 12, 12, 28, 8, 16, 8, 12, 16,
16, 8, 20, 16, 20, 8, 24, 8, 24, 12, 16, 12, 16, 8, 24, 16, 18, 16,
40, 8, 32, 12, 24, 16, 40, 8, 24, 20, 16, 22, 24, 16, 32, 12, 16, 16

φ(1)=1にとどまる。
さらにこの列に対して、個別にφ(n)を計算すると。
(2)

1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 2, 1, 2, 2, 4, 1, 2, 2, 2, 2, 4,
2, 4, 2, 2, 2, 4, 2, 4, 4, 4, 4, 4, 2, 4, 2, 4, 4, 8, 2, 4, 4, 4, 4,
10, 4, 4, 4, 8, 4, 8, 2, 8, 4, 4, 4, 12, 4, 8, 4, 4, 8, 8, 4, 8, 8,
8, 4, 8, 4, 8, 4, 8, 4, 8, 4, 8, 8, 6, 8, 16, 4, 16, 4, 8, 8, 16, 4,
8, 8, 8, 10, 8, 8, 16, 4, 8, 8

2,4,8が目立つようになる。
 プロットしてみよう。横軸が1から100までを示し、縦軸はその値である。
よく傾向が分からないかも知れない。

 
 これを各点をむすぶとこんなグラフとなる。上の斜めの線が「自然数列」である。
紫色の線は一回目のφ値であり、素数になるたびに自然数列線に接近する。

 さらに繰り返しを2回分追加した。当然ながらx軸に近づいてゆく。

 この傾きにはどんな特徴があるだろうか。計算してみた。
自然数列はπ/4。(1)はどうもπ/6に近いようだ。(2)はπ/16にかなり近い。(3)はきれいな値にならない。π/64になるのではなかろうか。



1から1000で同じことしてみたのが下図である。遠くまで続く壁を眺めているような一枚である。