Euler's totient formula intution for beginners
Разница между en1 и en2, 2 символ(ов) изменены
Recently, I was going through [segment tree problems](https://mirror.codeforces.com/blog/entry/22616) list and encountered [this problem](https://mirror.codeforces.com/contest/594/problem/D)↵

It introduced me to the `Euler's Totient Formula` and it took multiple attempts for me to understand the concept, because of the mathematical notations and terms used. So I thought of creating of this resource for me to understand the formula in a more intutive way, and hope it will help other beginners also.↵

I have started from the core `prime number` concepts and have built up to the final formula.↵

I hope this is helpful.↵

---↵

##  1. Core Mathematical Concepts Involving Primes↵

### Prime Numbers↵
Integers > 1 with exactly two divisors.  ↵
Used in: divisibility, coprimality, modular arithmetic.↵

### Coprime numbers↵
Two numbers are coprime if:<br>↵
**They do not share any prime factor.**↵

Examples:↵

gcd(8, 15) = 1↵
8 = 2³↵
15 = 3 × 5↵
→ No common prime → coprime↵

* gcd(12, 18) = 6↵
12 = 2² × 3↵
18 = 2 × 3²↵
→ Both share prime 2 and 3 → not coprime↵

So “coprime” simply means: No prime number divides both.↵

- Two numbers are  are coprime if: `gcd(a, b) = 1`↵

- All numbers are coprime with 1 by definition↵


### Prime Factorization↵
Every integer can be uniquely written as product of prime numbers.<br>↵
Examples:↵

- 12 = 2 × 2 × 3 = 2² × 3¹↵

- 18 = 2 × 3 × 3 = 2¹ × 3²↵

- 20 = 2 × 2 × 5 = 2² × 5¹↵

- 15 = 3 × 5 = 3¹ × 5¹↵

- 7 = 7¹ (just prime)↵

**Why is this important?**<br>↵
Because prime numbers act like the building blocks of integers.↵

### Euler's Totient function φ(n)↵
φ(n) counts how many numbers from↵
 1 to n are coprime to n. In other words:<br>↵
**count numbers ≤ n that share NO prime with n**↵


~~~~~↵
Example: n = 12↵
prime factors = {2, 3}↵

numbers 1 to 12:↵
  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12↵

remove numbers sharing prime 2:↵
  2,4,6,8,10,12↵

remove numbers sharing prime 3:↵
  3,6,9,12↵

remaining:↵
  1, 5, 7, 11↵

so φ(12) = 4.↵
~~~~~↵

### Key Idea↵
 A number is bad if it is divisible by any prime dividing n.↵

Take n = 12 = 2² × 3¹↵

Primes: 2, 3↵

- If x divisible by 2 → x not coprime↵

- If x divisible by 3 → x not coprime↵

This is the only reason.↵
Nothing else makes a number non-coprime.↵

So everything reduces to:<br>↵
**Check divisibility by prime factors of n.**↵

This is why prime factorization and φ(n) are directly connected.↵

**Derivation for euler's formula**↵

We can observe that, for the range 1 to n, there will be `n/x` multiples of x.↵

so suppose there are two prime factors x, y↵

Then, ↵
`Euler(n) = n(1 - 1/x)(1 - 1/y)`↵

How?↵

(n &mdash; n/x) => numbers which are not multiple of x. Let these leftover numbers be called `n2`↵

from these n2, we want to remove the multiples of y↵

so, `n2 * ( 1 - 1 / y)` are left over numbers. Let this be called n3.↵

n3 reperesents all the number which does not have prime numbers `x` and `y` as factors↵

suppose there was one more factor `z`↵

then we would do `n4 = n3 * (1 - 
/ z)`↵

Thus we arrive at the final answer when we expand this equation↵

~~~~↵
Euler(n) = n3 * (1 - 1/z)↵

= n2 * (1 - 1/ y) * (1 - 1/z)↵

= (n - n / x) * (1 - 1 / y) * (1 - 1 / z)↵

= n * (1 - 1 / x) * (1 - 1 / y) * (1 - 1 / z)↵
~~~~↵


Like this, if we want to find `Euler(n)` where n = x1^a1 * x2^a2 * x3^a3 .... * xn^bn↵

where, x1, x2, xn are prime numbers and a1, a2, a3 are the powers to which they are raised,↵

We can say that:↵

~~~~↵
Euler(n) = n *(1 - 1 / x1) * (1 - 1 / x2) * ... (1 - 1 / xn)↵

~~~~

История

 
 
 
 
Правки
 
 
  Rev. Язык Кто Когда Δ Комментарий
en3 Английский abhinav700 2025-11-18 06:29:31 54
en2 Английский abhinav700 2025-11-17 21:18:27 2 Tiny change: 'n3 * (1 - / z)`\n\n' -> 'n3 * (1 - 1 / z)`\n\n'
en1 Английский abhinav700 2025-11-17 21:11:35 3605 Initial revision (published)