Olimpiada Internacional de Matemáticas (Listas Largas) 1989 Problema 97
97 Una función aritmética es una función de valores reales cuyo dominio es el conjunto de los enteros positivos. Definamos el producto de convolución de dos funciones aritméticas $ f$ y $ g$ como la función aritmética $ f * g$ , donde \[ (f * g)(n) = \sum_{ij=n} f(i) \cdot g(j),\] y $ f^{*k} = f * f * \ldots * f$ ( $ k$ veces). Decimos que dos funciones aritméticas $ f$ y $ g$ son dependientes si existe un polinomio no trivial de dos variables $ P(x, y) = \sum_{i,j} a_{ij} x^i y^j$ con coeficientes reales tal que \[ P(f,g) = \sum_{i,j} a_{ij} f^{*i} * g^{*j} = 0,\] y decimos que son independientes si no son dependientes. Sean $ p$ y $ q$ dos primos distintos y definamos \[ f_1(n) = \begin{cases} 1 & \text{ if } n = p, \\ 0 & \text{ otherwise}. \end{cases}\] \[ f_2(n) = \begin{cases} 1 & \text{ if } n = q, \\ 0 & \text{ otherwise}. \end{cases}\] Demuestre que $ f_1$ y $ f_2$ son independientes.
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