Teileranzahlfunktion

Für jede natürliche Zahl ${\displaystyle n\in \mathbb {N} }$ wird die Teileranzahlfunktion definiert als

${\displaystyle d(n):=|\{d\in \mathbb {N} :d\mid n\}|}$,

wobei ${\displaystyle |\cdot |}$ die Mächtigkeit der Menge ist.

Die ersten Werte sind:^[1]

Weitere Informationen , Teiler von ...

${\displaystyle n}$	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Teiler von ${\displaystyle n}$	1	1, 2	1, 3	1, 2, 4	1, 5	1, 2, 3, 6	1, 7	1, 2, 4, 8	1, 3, 9	1, 2, 5, 10	1, 11	1, 2, 3, 4, 6, 12
${\displaystyle d(n)}$	1	2	2	3	2	4	2	4	3	4	2	6

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• Hat die Zahl ${\displaystyle n}$ die Primfaktorzerlegung

${\displaystyle n=p_{1}^{e_{1}}\cdot p_{2}^{e_{2}}\dotsm p_{r}^{e_{r}},}$

so gilt:^[2]

${\displaystyle d(n)=(e_{1}+1)(e_{2}+1)\dotsm (e_{r}+1)}$

• Für teilerfremde Zahlen ${\displaystyle m}$ und ${\displaystyle n}$ gilt:

${\displaystyle d(mn)=d(m)\cdot d(n)}$

Die Teileranzahlfunktion ist also eine multiplikative zahlentheoretische Funktion.

• Eine Zahl ${\displaystyle n}$ ist genau dann eine Primzahl, wenn ${\displaystyle d(n)=2}$ gilt.
• Eine Zahl ${\displaystyle n}$ ist genau dann eine Quadratzahl, wenn ${\displaystyle d(n)}$ ungerade ist.
• Die zur Teileranzahlfunktion gehörige Dirichlet-Reihe ist das Quadrat der riemannschen Zetafunktion:^[3]

${\displaystyle \zeta (s)^{2}=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {d(n)}{n^{s}}}}$ (für ${\displaystyle \operatorname {Re} \,s>1}$).

• Wenn der Wert ${\displaystyle d(n)}$ eine Primzahl ist, dann ist ${\displaystyle n_{min}=2^{d(n)-1}}$
• Wenn der Wert ${\displaystyle d(n)}$ eine zusammengesetzte Zahl ${\displaystyle \neq 1}$ ist, dann ist ${\displaystyle n_{min}}$ stets durch 6 teilbar
• Wenn der Wert ${\displaystyle d(n)}$ eine Zweierpotenz ist, dann ist ${\displaystyle n_{min}}$ eine hochzusammengesetzte Zahl

Im Mittel ist ${\displaystyle d(n)\approx \log n}$, präziser gilt:^[4]

${\displaystyle \sum _{n\leq x}d(n)=x\log x+(2\gamma -1)x+O({\sqrt {x}})}$

Dabei sind „${\displaystyle O}$“ ein Landau-Symbol und ${\displaystyle \gamma }$ die Euler-Mascheroni-Konstante.

Als Heuristik kann die Erkenntnis dienen, dass eine Zahl ${\displaystyle d\leq x}$ ein Teiler von etwa ${\displaystyle {\tfrac {x}{d}}}$ Zahlen ${\displaystyle n\leq x}$ ist, damit wird die Summe auf der linken Seite in etwa zu

${\displaystyle x\cdot \sum _{d=1}^{\lfloor x\rfloor }{\frac {1}{d}}\approx x\log x.}$

(Zum letzten Schritt siehe harmonische Reihe.)

Der Wert ${\displaystyle \beta ={\tfrac {1}{2}}}$ für den Fehlerterm ${\displaystyle O(x^{\beta })}$ wurde bereits von P. G. L. Dirichlet bewiesen;^[5] die Suche nach besseren Werten ist deshalb auch als dirichletsches Teilerproblem bekannt.

Bessere Werte wurden von G. F. Woronoi (1903, ${\displaystyle x^{\tfrac {1}{3}}\log x}$),^[6] J. van der Corput (1922, ${\displaystyle \beta ={\tfrac {33}{100}}}$)^[7] sowie M. N. Huxley (${\displaystyle \beta ={\tfrac {131}{416}}}$)^[8] angegeben. Auf der anderen Seite zeigten G. H. Hardy und E. Landau, dass ${\displaystyle \beta \geq {\tfrac {1}{4}}}$ gelten muss.^[9] Die möglichen Werte für ${\displaystyle \beta }$ sind immer noch Forschungsgegenstand.

Die Teilerfunktion ${\displaystyle \sigma _{k}(n)}$ ordnet jeder Zahl ${\displaystyle n}$ die Summe der ${\displaystyle k}$-ten Potenzen ihrer Teiler zu:^[10]

${\displaystyle \sigma _{k}(n)=\sum _{d\mid n}d^{k}}$

Die Teilersumme ist der Spezialfall der Teilerfunktion für ${\displaystyle k=1}$, und die Teileranzahlfunktion ist der Spezialfall der Teilerfunktion für ${\displaystyle k=0}$:

${\displaystyle \sigma (n)=\sigma _{1}(n)=\sum _{d\mid n}d^{1}=\sum _{d\mid n}d}$

${\displaystyle d(n)=\sigma _{0}(n)=\sum _{d\mid n}d^{0}=\sum _{d\mid n}1}$

• Hochzusammengesetzte Zahl
• Zahlentheoretische Funktion

• G. H. Hardy, E. M. Wright: An Introduction to the Theory of Numbers. 4. Auflage, Oxford University Press, Oxford 1975. ISBN 0-19-853310-1.

• Eric W. Weisstein: Divisor Function. In: MathWorld (englisch).