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  • [luoguP3768]简单的数学题

    传送门

    惯用套路

    [f(d)=dsum_{i=1}^{n}sum_{j=1}^{n}ij[gcd(i,j)==d]\ ]

    然后简单的莫比乌斯反演一下,得到

    [f(d)=d^3sum_{T=1}^{n/d}mu(T)T^2sum_{i=1}^{n/Td}sum_{j=1}^{n/Td}ij\ ]

    然后知道答案式

    [ans=sum_{d=1}^{n}f(d)=sum_{d=1}^{n}d^3sum_{T=1}^{n/d}mu(T)T^2sum_{i=1}^{n/Td}sum_{j=1}^{n/Td}ij\ ]

    这个时候去算,复杂度是(O(n))的,无法通过

    然后设(k=Td)

    [ans=sum_{k=1}^{n}sum_{i=1}^{n/k}sum_{j=1}^{n/k}ijsum_{d|k}mu(frac{k}{d})(frac{k}{d})^2d^3\ ans=sum_{k=1}^{n}sum_{i=1}^{n/k}sum_{j=1}^{n/k}ijk^2sum_{d|k}mu(frac{k}{d})d\ ]

    然后现在只要能够筛出(k^2sum_{d|k}mu(frac{k}{d})d),就可以(O(sqrt{n}))解决了

    我们设(g(k)=k^2sum_{d|k}mu(frac{k}{d})d)

    现在考虑杜教筛,我们有一个很经典的式子

    [mu*id=varphi\ g(k)=k^2varphi(k) ]

    则我们设(S(n)=sum_{i=1}^{n}g(i)),套上杜教筛的式子

    [S(n)h(1)=sum_{i=1}^{n}(h*g)-sum_{i=2}^{n}S(lfloorfrac{n}{i} floor)h(i) ]

    发现

    [h*g=sum_{d|n}h(lfloorfrac{n}{d} floor)g(d)=sum_{d|n}h(lfloorfrac{n}{d} floor)d^2varphi(d)\ ]

    考虑如何把(varphi(d))消去

    因为

    [sum_{d|n}varphi(d)=n ]

    [h*g=sum_{d|n}h(lfloorfrac{n}{d} floor)d^2n\ ]

    然后我们可以考虑将(h(i))设为(i^2)

    [h*g=n^3\ S(n)=sum_{i=1}^{n}i^3-sum_{i=2}^{n}i^2S(lfloorfrac{n}{i} floor) ]

    这个就已经可以处理了

    然后对于这个答案式太复杂了

    [ans=sum_{k=1}^{n}sum_{i=1}^{n/k}sum_{j=1}^{n/k}ijk^2sum_{d|k}mu(frac{k}{d})d\ ]

    我们设(s(x)=sum_{i=1}^{x}sum_{j=1}^{x}ij),这个是可以用等差数列解决的

    然后答案式就简洁多了

    [ans=sum_{k=1}^{n}s(lfloorfrac{n}{k} floor)g(k) ]

    代码:

    #include<cstdio>
    #include<algorithm>
    #include<iostream>
    #include<cstring>
    #include<tr1/unordered_map>
    using namespace std;
    void read(int &x)
    {
        char ch;bool ok;
        for(ok=0,ch=getchar();!isdigit(ch);ch=getchar())if(ch=='-')ok=1;
        for(x=0;isdigit(ch);x=x*10+ch-'0',ch=getchar());if(ok)x=-x;
    }
    #define rg register
    #define ll long long
    const int maxn=3e6+10;
    int mod,ans,phi[maxn],pri[maxn],tot,inv2,inv6,f[maxn];
    ll n;bool vis[maxn];
    tr1::unordered_map<ll,int>mp;
    int mul(int x,int y){return 1ll*x*y-1ll*x*y/mod*mod;}
    int add(int x,int y){return x+y>=mod?x+y-mod:x+y;}
    int del(int x,int y){return x-y<0?x-y+mod:x-y;}
    int mi(int a,int b){
        int ans=1;
        while(b){
            if(b&1)ans=mul(ans,a);
            b>>=1,a=mul(a,a);
        }
        return ans;
    }
    void prepare()
    {
        phi[1]=1;
        for(rg int i=2;i<=3e6;i++){
            if(!vis[i])pri[++tot]=i,phi[i]=i-1;
            for(rg int j=1;j<=tot&&pri[j]*i<=3e6;j++){
                vis[pri[j]*i]=1;
                if(!(i%pri[j])){phi[pri[j]*i]=mul(pri[j],phi[i]);break;}
                else phi[pri[j]*i]=mul(phi[pri[j]],phi[i]);
            }
        }
        for(rg int i=1;i<=3e6;i++)f[i]=mul(mul(i,i),phi[i]);
        for(rg int i=1;i<=3e6;i++)f[i]=add(f[i],f[i-1]);
    }
    int s(int n) {return mul(mul(mul(n*2+1,n+1),n),inv6);}
    int square(ll l,ll r){return del(s(r%mod),s((l-1)%mod));}
    int sum(ll n){return mul(mul((n+1)%mod,n%mod),inv2);}
    int sum1(ll n){return mul(mul(n%mod,(n+1)%mod),inv2);}
    int get_phi(ll n){
        if(n<=3e6)return f[n];
        if(mp[n])return mp[n];
        int ans=mul(sum1(n),sum1(n));
        for(rg ll i=2,j;i<=n;i=j+1)j=n/(n/i),ans=del(ans,mul(square(i,j),get_phi(n/i)));
        return mp[n]=ans;
    }
    int main()
    {
        read(mod),scanf("%lld",&n);
        prepare(),inv2=mi(2,mod-2),inv6=mi(6,mod-2);
        for(rg ll i=1,j,t;i<=n;i=j+1){
            j=n/(n/i),t=mul(sum(n/i),sum(n/i));
            ans=add(ans,mul(t,del(get_phi(j),get_phi(i-1))));
        }
        printf("%d
    ",ans);
    }
    
    
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