原题意可能略微有一些复杂,这里给出简述的题意——
给定$g_{i}$和$r_{i}$(其中$1le ile 3$),求有多少个整数$t$满足:
$0le t< prod_{i=1}^{3}(g_{i}+r_{i})$且$forall 1le ile 3,t mod (g_{i}+r_{i})<g_{i}$,答案对998244353取模
$1le g_{i},t_{i}le 10^{12}$
先来叙述一些关于同余的性质——
性质1:$xequiv y(mod n)$,可推出$xequiv y(mod d)$(其中$d$为$n$的任意约数)
性质2:关于$t$的同余方程$forall 1le ile k,tequiv x_{i}(mod m_{i})$,若其有解$t_{0}$,则$t$为其解当且仅当$tequiv t_{0}(mod M)$,其中$M=lcm(m_{1},m_{2},...,m_{k})$
证明:
充分性——根据性质1,$tequiv t_{0}(mod M)$即可推出$tequiv t_{0}equiv x_{i}(mod m_{i})$
必要性——$t$为解即有$tequiv t_{0}(mod m_{i})$,也可以写作$m_{i}mid |t-t_{0}|$,即整除其最小公倍数$M$
定义六元组$(m_{1},x_{1},m_{2},x_{2},m_{3},x_{3})$合法,当且仅当存在$t$使得$forall 1le ile 3,tequiv x_{i}(mod m_{i})$
另外定义$n$中$p$的指数为$ord_{p}(n)$,即$max_{age 0,p^{a}mid n}a$
关于$(m_{1},x_{1},m_{2},x_{2},m_{3},x_{3})$合法的一些性质——
(为了方便,记$M=lcm(m_{1},m_{2},m_{3})$,初始的这个六元组写作原六元组)
根据对称性,以下性质都写作修改$m_{1}$,事实上对$m_{2}$或$m_{3}$都是类似的
性质3:对于素数$p$满足$pmid m_{1}$且$p otmid m_{2},m_{3}$,则原六元组合法等价于$(frac{m_{1}}{P},x_{1},m_{2},x_{2},m_{3},x_{3})$合法(其中$P=p^{ord_{p}(m_{1})}$)
证明:
原六元组若合法,则其$t$也可以作为新的六元组的解(根据性质1),即新的六元组必然合法
若新的六元组合法,对于其解$t_{0}$,考虑构造原六元组的解$t_{1}$
首先$t_{1}$必然要是新六元组的解,即$t_{1}equiv t_{0}(mod frac{M}{P})$
再要求$t_{1}equiv x_{1}(mod P)$,由于$gcd(frac{M}{P},P)=1$,根据性质3仍然存在$t_{1}$合法
根据$t_{1}$为新六元组的解有$t_{1}equiv x_{1}(mod frac{m_{1}}{P})$,再根据$t_{1}equiv x_{1}(mod P)$,在这个同余方程中$x_{1}$显然为一组解,因此即得到$t_{1}equiv x_{1}(mod m_{1})$,$t_{1}equiv x_{2}(mod m_{2})$和$t_{1}equiv x_{3}(mod m_{3})$根据$t_{1}$是新六元组的解即显然
性质4:对于素数$p$满足$ord_{p}(m_{1})le ord_{p}(m_{2})$,则原六元组合法等价于$x_{1}equiv x_{2}(mod P)$且$(frac{m_{1}}{P},x_{1},m_{2},x_{2},m_{3},x_{3})$合法(其中$P=p^{ord_{p}(m_{1})}$)
证明:
原六元组若合法,根据$Pmid m_{1},m_{2}$即有$tequiv x_{1}equiv x_{2}(mod P)$,即要求$x_{1}equiv x_{2}(mod P)$,且其$t$也可以作为新六元组的解,即新的六元组必然合法
当$x_{1}equiv x_{2}(mod P)$且新六元组合法,对于其解$t_{0}$,有$t_{0}equiv x_{2}equiv x_{1}(mod P)$,再根据$t_{0}equiv x_{1}(mod frac{m_{1}}{P})$即可推出$t_{0}equiv x_{1}(mod m_{1})$
同时$t_{0}equiv x_{2}(mod m_{2})$和$t_{0}equiv x_{3}(mod m_{3})$根据$t_{1}$是新六元组的解即显然,因此$t_{0}$也是原六元组的一组解,即原六元组合法
性质5:对于素数$p$,记$d_{i}=ord_{p}(m_{i})$,若有$d_{1}>max(d_{2},d_{3})$,则原六元组合法等价于$(frac{m_{1}}{p^{d_{1}-max(d_{2},d_{3})}},x_{1},m_{2},x_{2},m_{3},x_{3})$合法
证明:
这即性质3和4的一个推论,具体来说——
根据性质4,原六元组合法等价于$x_{1}equiv x_{2}(mod p^{d_{2}})$、$x_{1}equiv x_{3}(mod p^{d_{3}})$以及$(m_{1},x_{1},frac{m_{2}}{p^{d_{2}}},x_{2},frac{m_{3}}{p^{d_{3}}},x_{3})$合法
再根据性质3,最后的这个六元组又等价于$(frac{m_{1}}{p^{d_{1}-max(d_{2},d_{3})}},x_{1},frac{m_{2}}{p^{d_{2}}},x_{2},frac{m_{3}}{p^{d_{3}}},x_{3})$合法
再根据性质4(将等价的两边交换),原六元组合法等价于$(frac{m_{1}}{p^{d_{1}-max(d_{2},d_{3})}},x_{1},m_{2},x_{2},m_{3},x_{3})$合法,即所求证
分析完这些性质后,我们回到原问题——
记$l_{i}=g_{i}+r_{i}$,$T=prod_{i=1}^{3}l_{i}$,$L=lcm(l_{1},l_{2},l_{3})$,答案即
$$
sum_{forall 1le ile 3,0le x_{i}<g_{i}且(l_{1},x_{1},l_{2},x_{2},l_{3},x_{3})合法,t为其一组解}sum_{0le j<T,jequiv t(mod L)}1
$$
注意到在$[0,T)$中,恰好存在$frac{T}{L}$个模$L$的完系,因此即
$$
sum_{forall 1le ile 3,0le x_{i}<g_{i}且(l_{1},x_{1},l_{2},x_{2},l_{3},x_{3})合法}frac{T}{L}
$$
现在我们仅关心于其是否合法,与其对应的解无关,因此可以根据性质5来调整$l_{1}$、$l_{2}$和$l_{3}$,调整后这三个数中每一个素数的指数较大的两个必然相等,因此最终一定可以被表示为$l_{1}=gab$、$l_{2}=gac$且$l_{3}=gbc$
(例如对于素数$p$,记$d_{i}=ord_{p}(l_{i})$,若$d_{1}=d_{2}ge d_{3}$,令$g=p^{d_{3}}$且$a=p^{d_{1}-d_{3}}$即可)
关于合法,实际上也可以看作统计在$[0,gabc)$中满足其三个条件的解数(合法时恰好为1,不合法即为0),然后再调换枚举顺序,先去枚举每一组解,即
$$
sum_{i=0}^{gabc-1}prod_{j=1}^{3}sum_{0le k<g_{j},kequiv i(mod l_{j})}frac{T}{L}=frac{T}{L}sum_{i=0}^{gabc-1}prod_{j=1}^{3}(lfloorfrac{g_{j}}{l_{j}}
floor+[i mod l_{j}<g_{j} mod l_{j}])
$$
(注意$L
e gabc$,所以这里所发生的变化并没有那么简单)
将后面这3个括号拆开,总共是8项,其中$lfloorfrac{g_{j}}{l_{j}} floor$为常数项,比较容易处理,这里直接考虑三项都是后面的非常数项的情况(一项或两项都类似)
此时,我们换一个角度去看待此问题:令$S_{j}={imid i mod l_{j}<g_{j} mod l_{j}}$,即求$|S_{1}cap S_{2}cap S_{3}|$
关于$S_{j}$,也即$igcup_{0le i<gabc,imid l_{j}}[i,i+g_{j} mod l_{j})$,也就是$frac{gabc}{l_{j}}$个区间,不妨假设$ale ble c$,由于$l_{i}le max$,也即有$a,ble sqrt{max}$,换言之$S_{2}$和$S_{3}$仅有$o(sqrt{max})$个区间,求交后也只有这么多
枚举其中的每一个个区间,统计$S_{1}$中对应的元素个数即可,复杂度为$o(sqrt{max})$,可以通过
1 #include<bits/stdc++.h> 2 using namespace std; 3 #define N 2000005 4 #define ll long long 5 #define mod 998244353 6 #define fi first 7 #define se second 8 vector<pair<ll,ll> >v2,v3,v; 9 int T,s,ans,p[N],vis[N],d[4]; 10 ll L,n,l[4],g[4],big[4]; 11 ll gcd(ll x,ll y){ 12 if (!y)return x; 13 return gcd(y,x%y); 14 } 15 int qpow(int n,int m){ 16 int s=n,ans=1; 17 while (m){ 18 if (m&1)ans=1LL*ans*s%mod; 19 s=1LL*s*s%mod; 20 m>>=1; 21 } 22 return ans; 23 } 24 int tot(ll x,ll y){ 25 if (x/l[1]==y/l[1])return max((min(y%l[1],g[1]%l[1])-x%l[1]),0LL)%mod; 26 int s1=(max(g[1]%l[1]-x%l[1],0LL)+min(g[1]%l[1],y%l[1]))%mod; 27 int s2=(y/l[1]-x/l[1]-1)%mod*(g[1]%l[1]%mod)%mod; 28 return (s1+s2)%mod; 29 } 30 int main(){ 31 for(int i=2;i<N;i++){ 32 if (!vis[i])p[++p[0]]=i; 33 for(int j=1;(j<=p[0])&&(i*p[j]<N);j++){ 34 vis[i*p[j]]=1; 35 if (i%p[j]==0)break; 36 } 37 } 38 T=L=1; 39 for(int i=1;i<=3;i++){ 40 scanf("%lld%lld",&g[i],&l[i]); 41 l[i]+=g[i]; 42 T=1LL*T*(l[i]%mod)%mod; 43 big[i]=l[i]; 44 for(int j=1;j<=p[0];j++) 45 while (big[i]%p[j]==0)big[i]/=p[j]; 46 } 47 for(int i=1;i<=3;i++){ 48 bool flag=0; 49 for(int j=1;j<i;j++) 50 if (big[i]==big[j])flag=1; 51 if (!flag)L=1LL*L*(big[i]%mod)%mod; 52 for(int j=i+1;j<=3;j++) 53 if (big[i]==big[j])flag=1; 54 if (!flag)l[i]/=big[i]; 55 } 56 for(int i=1;i<=p[0];i++){ 57 d[1]=d[2]=d[3]=0; 58 for(int j=1;j<=3;j++){ 59 ll k=l[j]; 60 while (k%p[i]==0){ 61 d[j]++; 62 k/=p[i]; 63 } 64 } 65 for(int j=0;j<max(max(d[1],d[2]),d[3]);j++)L=1LL*L*p[i]%mod; 66 if (d[1]>max(d[2],d[3])) 67 for(int j=0;j<d[1]-max(d[2],d[3]);j++)l[1]/=p[i]; 68 if (d[2]>max(d[1],d[3])) 69 for(int j=0;j<d[2]-max(d[1],d[3]);j++)l[2]/=p[i]; 70 if (d[3]>max(d[1],d[2])) 71 for(int j=0;j<d[3]-max(d[1],d[2]);j++)l[3]/=p[i]; 72 } 73 if (l[1]>l[2]){ 74 swap(l[1],l[2]); 75 swap(g[1],g[2]); 76 } 77 if (l[1]>l[3]){ 78 swap(l[1],l[3]); 79 swap(g[1],g[3]); 80 } 81 if (l[2]>l[3]){ 82 swap(l[2],l[3]); 83 swap(g[2],g[3]); 84 } 85 ll G=gcd(gcd(l[1],l[2]),l[3]),a=gcd(l[1],l[2])/G,b=gcd(l[1],l[3])/G,c=gcd(l[2],l[3])/G; 86 n=G*a*b*c; 87 for(int i=1;i<=3;i++)d[i]=g[i]/l[i]%mod; 88 for(ll i=0;i<n;i+=l[2])v2.push_back(make_pair(i,i+g[2]%l[2])); 89 for(ll i=0;i<n;i+=l[3])v3.push_back(make_pair(i,i+g[3]%l[3])); 90 for(int i=0,j=0;i<v2.size();i++){ 91 if (j)j--; 92 while ((j<v3.size())&&(v3[j].fi<v2[i].se)){ 93 ll x=max(v2[i].fi,v3[j].fi),y=min(v2[i].se,v3[j].se); 94 if (x<y)v.push_back(make_pair(x,y)); 95 j++; 96 } 97 } 98 ans=1LL*(n%mod)*d[1]%mod*d[2]%mod*d[3]%mod; 99 ans=(ans+1LL*d[1]*d[2]%mod*(n/l[3]*(g[3]%l[3])%mod))%mod; 100 ans=(ans+1LL*d[1]*(n/l[2]*(g[2]%l[2])%mod)%mod*d[3])%mod; 101 ans=(ans+1LL*(n/l[1]*(g[1]%l[1])%mod)*d[2]%mod*d[3])%mod; 102 s=0; 103 for(int i=0;i<v2.size();i++)s=(s+tot(v2[i].fi,v2[i].se))%mod; 104 ans=(ans+1LL*s*d[3])%mod; 105 s=0; 106 for(int i=0;i<v3.size();i++)s=(s+tot(v3[i].fi,v3[i].se))%mod; 107 ans=(ans+1LL*s*d[2])%mod; 108 s=0; 109 for(int i=0;i<v.size();i++)s=(s+v[i].se-v[i].fi)%mod; 110 ans=(ans+1LL*s*d[1])%mod; 111 for(int i=0;i<v.size();i++)ans=(ans+tot(v[i].fi,v[i].se))%mod; 112 ans=1LL*ans*T%mod*qpow(L,mod-2)%mod; 113 printf("%d",ans); 114 }