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51nod-1363: 最小公倍數之和

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簡要題意:

  給出一個數n,求出1到n的數與n的最小公倍數的和

  多組資料


題解:

  理所當然推柿子

  原題相當於求$\sum_{i=1}^{n}\frac{i*n}{gcd(i,n)}$

  先列舉d=gcd(i,n),然後化簡得到$$n*\sum_{d|n}\sum_{i=1}^{\frac{n}{d}}i[gcd(i,\frac{n}{d})==1]$$

  相當於求1到n-1中,與n互質的數和,設y<x,如果gcd(y,x)==1,那麼gcd(x-y,x)==1,兩式的貢獻就是x了

  所以1到n-1中,與n互質的數和為$\frac{\phi(n)*n}{2}$,特殊的,如果n=1,則數和為1

  那麼原式就等於$$n*\sum_{d|n且d不為n}\frac{\frac{n}{d}*\phi(\frac{n}{d})}{2}+1$$

  再化簡得到$$n+\frac{n}{2}\sum_{d|n且d>1}d*phi(d)$$

  這樣,這個式子就變成$O(\sqrt{n})$,但是多組資料仍會超時

  實際上我們將n質因數分解得到$n=\prod_{i=1}^{x}p[i]^a[i]$

  因為p[i]兩兩互質,所以可以轉化為$$n+\prod_{i=1}^{x}\sum_{j=0}^{a[i]}\phi(p[i]^j)*p[i]^j$$

  根據尤拉函式的性質可以得到$$n+\prod_{i=1}^{x}1+\sum_{j=1}^{a[i]}(p[i]-1)*p[i]^{2j-1}$$

  再根據等比數列求和公式得到$$n+\prod_{i=1}^{x}1+(p[i]-1)*\frac{p[i]^{2*a[i]+1}-p[i]}{p[i]^2-1}$$

  $$n+\prod_{i=1}^{x}1+\frac{p[i]^{2*a[i]+1}-p[i]}{p[i]+1}$$

  然後線篩素數加速質因數分解就可以過了,記得最後處理1的情況


參考程式碼:

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<cstdlib>
#include<cmath>
#include
<algorithm> using namespace std; typedef long long LL; LL Mod=1e9+7; int prime[110000],m,v[110000]; void pre(int n) { m=0; for(int i=2;i<=n;i++) { if(v[i]==0) { v[i]=i; prime[++m]=i; } for(int j=1;j<=m;j++) { if(prime[j]>n/i||prime[j]>v[i]) break; v[i*prime[j]]=prime[j]; } } } LL p_mod(LL a,LL b) { LL ans=1; while(b!=0) { if(b%2==1) ans=ans*a%Mod; a=a*a%Mod;b/=2; } return ans; } int main() { //freopen("a.in","r",stdin); //freopen("a.out","w",stdout); pre(100000); int T; scanf("%d",&T); while(T--) { int n; scanf("%d",&n); LL ans=1,d=n; for(int i=1;i<=m&&prime[i]<=n/prime[i];i++) { LL p=prime[i]; if(n%p==0) { LL s=0; while(n%p==0) s++,n/=p; ans=ans*(1+p*((p_mod(p,2LL*s)-1+Mod)%Mod)%Mod*p_mod(p+1,Mod-2)%Mod)%Mod; } } ans=ans*(1+(LL)(n-1)*n%Mod)%Mod; ans=(ans-1+Mod)%Mod; printf("%lld\n",(ans*d%Mod*p_mod(2LL,Mod-2)%Mod+d)%Mod); } return 0; }