Inverse d'une fonction multiplicative

Bonjour à toutes et à tous,

Soit $f$ une fonction multiplicative. A partir de la formule $f \ast f^{-1}(p^d)=0$ pour tout $d \geq 1$, je voulais savoir si on connaissait une formule magique qui donne $f^{-1}(p^d)$ en fonction de $f(p^d), f(p^{d-1}),...,f(p)$. J'ai essayé... c'est ignoble !

Deux petits exemples au passage^^ : $f^{-1}(p)=-f(p)$, $f^{-1}(p^2)=f^2(p)-f(p^2)$

Merci !

Réponses

  • Ignoble en effet :82248
  • S'il s'agit bien de l'inverse de convolution de $f$, alors la formule recursive
    $$f^{-1} (n) = - \frac{1}{f(1)} \sum_{\substack{d \mid n \\ d \ne n}} f^{-1} (d) f(n/d)$$
    donne la réponse en théorie.

    En pratique, elle n'est jamais utilisée. On préfère utiliser les propriétés classiques de ces inverses, comme par exemple $(f \star g)^{-1} = f^{-1} \star g^{-1}$, ou $f^{-1} = \mu \times f$ dès que $f$ est complètement multiplicative. Avec ces propriétés, on est capable de calculer des inverses de pas mal de fonctions multiplicatives usuelles. Par exemple, $\varphi^{-1} = \left( \textrm{Id} \times \mu \right) \star \mathbf{1}$.

    Edit : Merci à LOU16 pour la coquille relevée sur $f^{-1} = \mu \times f$ (que j'avais écrite en $f^{-1} = \mu \star f$).
  • Light : encore une fois $F_p(z)= \sum_{k=0}^\infty f(p^k) z^k$ est une série entière en $z=p^{-s}$.

    $\frac{1}{F_p(z)} =\sum_{k=0}^\infty f^{-1}(p^k) z^k$. Il n'y a pas de formule magique pour les dérivées de $1/F_p(z)$ sauf bien sûr quand $F_p(z)$ est une fonction rationnelle (ce qui est presque toujours le cas en théorie analytique des nombres).

    Tout comme l'inverse de la convolution multiplicative, l'inverse de la convolution additive a une formule par récurrence : si $u(0) = 1,u(k) = f(p^k),v(k) = f^{-1}(p^k)$ alors $v(0) = 1$ et pour $k \ge 1$ : $$\sum_{m=0}^k u(m) v(k-m)= 0 \implies v(k) = -\sum_{m=1}^k u(m) v(k-m)$$

    Si $f(n)$ est multiplicative alors $\sum_{n=1}^\infty f(n) n^{-s} = \prod_p F_p(p^{-s})$ et $\sum_{n=1}^\infty f^{-1}(n) n^{-s} = \prod_p \frac{1}{F_p(p^{-s})}$

    Tout ça est évident.
  • Merci pour vos réponses !
    la formule récursive ... donne la réponse en théorie. En pratique, elle n'est jamais utilisée.

    Tout est dit !

    Du coup Cidrolin, une idée après tes expérimentations ?

    Merci noix de totos pour les conseils.

    @reuns : encore une fois, je ne comprends pas le rapport avec ma question^^. Peux-tu le détailler stp?
  • Oulala, fais un effort le rapport est évident.

    Tu ne comprends pas comment la convolution multiplicative est le truc qui apparaît dans la multiplication de séries de Dirichlet ?

    Comment la convolution additive est le truc qui apparaît dans la multiplication de séries entières ?

    Comment l'inverse convolutif apparaît en prenant l'inverse de la série ?

    Quand on se restreint aux $p^k$ les séries de Dirichlet sont des séries entières en $p^{-s}$. Cette restriction est compatible avec la convolution et l'inverse. C'est pour ça que dans mon post il n'y a qu'un seul $f^{-1}$

    La formule magique pour trouver les coefficients de Taylor d'une fonction rationnelle c'est la décomposition en éléments simples.
  • @Light*

    Étant donné une fonction multiplicative $f$ et un nombre premier $p$, je considère la série de Bell :
    $\displaystyle F_p(X)= \sum _{n=0}^{\infty} f(p^n)X^n$, par exemple si $f=\mu$ on trouve $1-X$, si $f=\varphi$ on trouve $\dfrac{1-X}{1-pX}$.
    La série correspondant à $f^{-1}$ est $\, \dfrac 1{\sum _{n=0}^{\infty} f(p^n)X^n}$.
    D'après les calculs de wolframalpha ci-dessus, en posant $f(p)=a$, $f(p^2)=b$, $f(p^3)=c$, $\dots$, on trouve :
    $f^{-1}(p)=-f(p)$
    $f^{-1}(p^2)=f(p)^2-f(p^2)$
    $f^{-1}(p^3)=-f(p)^3+2f(p)f(p^2)-f(p^3)$
    $f^{-1}(p^4)=f(p)^4-3f(p)^2f(p^2)+2f(p)f(p^3)+f(p^2)^2-f(p^4)$

    Les coefficients, sans tenir compte des signes, sont sans doute ceux de A263633.
  • @reuns : Ah d'accord ! C'est cela qui me manquait :
    Quand on se restreint aux pk les séries de Dirichlet sont des séries entières en p?s.

    N'y aurait-il pas un pdf sympa qui explique et approfondit cela svp ?

    @Cidrolin : Merci ! Connaît-on leurs noms et une formule (de récurrence je suppose) pour ces nombres ? J'ai tapé "nombre de Bell" sur qwant et ce ne sont pas ceux là qui sont décrits...

    Mais le souci c'est qu'en plus des nombres, il y a les signes et les produits des $f^n(p^d)$ ! La seule régularité est que $n+d$ est constant pour chaque ligne ce qui n'est pas mal, mais après...
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