题目描述
求i=1∑Nj=1∑Nlcm(i,j)
2<=N<=1010
题目分析
这道题题面跟[bzoj 2693] jzptab & [bzoj 2154] Crash的数字表格 一样,然而数据范围加强到了1010,莫比乌斯反演不行了了,所以我们看看怎样玄学杜教筛
Ans=i=1∑nj=1∑nlcm(i,j)=2i=1∑nj=1∑ilcm(i,j)−2n(n+1)Let s(n)=i=1∑nj=1∑ilcm(i,j),f(n)=i=1∑nlcm(i,n)∴f(n)=i=1∑n(i,n)in=ni=1∑n(i,n)i=nd∣n∑i=1∑n[(i,n)==d]di=nd∣n∑i=1∑dn[(i,dn)==1]i=nd∣n∑i=1∑d[(i,d)==1]i=nd∣n∑2φ(d)d+[d==1]
此处有一个常识
i=1∑ni[(i,n)==1]=2φ(n)n+[n==1]
- 证明如下
- 当n>1时,若(i,n)=1⟺(n−i,n)=1,所以与n互质的数是成对出现,且他们的和为n
- 再加之n=1的特殊情况,可得
∑i=1ni[(i,n)==1]=2φ(n)n+[n==1]
继续
∴f(n)=n⋅21+∑d∣nφ(d)ds(n)=i=1∑nf(i)=2∑i=1ni(1+∑d∣iφ(d)d)=22n(n+1)+∑i=1ni∑d∣iφ(d)d=22n(n+1)+∑d=1nφ(d)d∑d∣ii=22n(n+1)+∑d=1nφ(d)d2∑i=1⌊dn⌋i=22n(n+1)+∑i=1ni∑d=1⌊in⌋φ(d)d2Ans=2s(n)−2n(n+1)=i=1∑nid=1∑⌊in⌋φ(d)d2Let h(d)=φ(d)d2,g(n)=d=1∑nh(d)n=d∣n∑φ(d)n3=d∣n∑φ(d)n2=d∣n∑φ(d)d2(dn)2=d∣n∑h(d)(dn)2i=1∑ni3=i=1∑nd∣n∑h(d)(di)2=d=1∑nh(d)d∣i∑(di)2=d=1∑nh(d)i=1∑⌊dn⌋i2=i=1∑ni2d=1∑⌊in⌋h(d)=i=1∑ni2g(⌊in⌋)g(n)=i=1∑ni3−i=2∑ni2g(⌊in⌋)=(2n(n+1))2−i=2∑ni2g(⌊in⌋)然后就是杜教筛的形式了,上杜教筛即可.先预处理出小范围的g然后较大的就用杜教筛计算
又Ans=∑i=1ni⋅g(⌊in⌋)
因为g函数求解时是用的记忆化,所以在外面套上一层分块优化不会影响g函数的时间复杂度,所以复杂度为Θ(n32)
AC code
#include <cstdio>
#include <map>
#include <cstring>
#include <algorithm>
using namespace std;
typedef long long LL;
const int mod = 1e9+7;
const int MAXN = 5e6+1;
const int inv2 = 500000004;
const int inv3 = 333333336;
map<LL, LL> G; LL g[MAXN];
int Prime[MAXN], Cnt, phi[MAXN];
bool IsnotPrime[MAXN];
void init()
{
phi[1] = 1;
for(int i = 2; i < MAXN; ++i)
{
if(!IsnotPrime[i]) Prime[++Cnt] = i, phi[i] = i-1;
for(int j = 1; j <= Cnt && i * Prime[j] < MAXN; ++j)
{
IsnotPrime[i * Prime[j]] = 1;
if(i % Prime[j] == 0)
{
phi[i * Prime[j]] = phi[i] * Prime[j];
break;
}
phi[i * Prime[j]] = phi[i] * phi[Prime[j]];
}
}
for(int i = 1; i < MAXN; ++i) g[i] = (g[i-1] + 1ll * phi[i] * i % mod * i % mod) % mod;
}
inline LL sum2(LL i) { return (i%mod) * ((i+1)%mod) % mod * ((2*i+1)%mod) % mod * inv2 % mod * inv3 % mod; }
inline LL calc(LL n)
{
if(n < MAXN) return g[n];
if(G.count(n)) return G[n];
LL ret = (n%mod) * ((n+1)%mod) % mod * inv2 % mod;
ret = ret * ret % mod;
for(LL i = 2, j; i <= n; i=j+1)
{
j = n/(n/i);
ret = (ret - (sum2(j)-sum2(i-1)) % mod * calc(n/i) % mod) % mod;
}
return G[n] = ret;
}
inline LL sum(LL i, LL j) { return ((i+j)%mod) * ((j-i+1)%mod) % mod * inv2 % mod; }
inline LL solve(LL n)
{
LL ret = 0;
for(LL i = 1, j; i <= n; i=j+1)
{
j = n/(n/i);
ret = (ret + sum(i, j) * calc(n/i) % mod) % mod;
}
return ret;
}
int main ()
{
init(); LL n;
scanf("%lld", &n);
printf("%lld
", (solve(n)+mod)%mod);
}