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P6222

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@mip85tl3
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i=1nj=1n(i+j)kgcd(i,j)μ2(gcd(i,j))\sum\limits_{i=1}^n\sum\limits_{j=1}^n(i+j)^k\gcd(i,j)\mu^2(\gcd(i,j))
=i=1nj=1n(i+j)kgcd(i,j)d2i,d2jμ(d)=\sum\limits_{i=1}^n\sum\limits_{j=1}^n(i+j)^k\gcd(i,j)\sum\limits_{d^2\mid i,d^2\mid j}\mu(d)
=d=1nμ(d)d2k+2i=1nd2j=1nd2(i+j)kgcd(i,j)=\sum\limits_{d=1}^n\mu(d)d^{2k+2}\sum\limits_{i=1}^{\lfloor\frac{n}{d^2}\rfloor}\sum\limits_{j=1}^{\lfloor\frac{n}{d^2}\rfloor}(i+j)^k\gcd(i,j)
=d=1nμ(d)d2k+2i=1nd2j=1nd2(i+j)kgi,gjφ(g)=\sum\limits_{d=1}^n\mu(d)d^{2k+2}\sum\limits_{i=1}^{\lfloor\frac{n}{d^2}\rfloor}\sum\limits_{j=1}^{\lfloor\frac{n}{d^2}\rfloor}(i+j)^k\sum\limits_{g\mid i,g\mid j}\varphi(g)
=d2gnμ(d)d2k+2φ(g)gki=1nd2gj=1nd2g(i+j)k=\sum\limits_{d^2g\leq n}\mu(d)d^{2k+2}\varphi(g)g^k\sum\limits_{i=1}^{\lfloor\frac{n}{d^2g}\rfloor}\sum\limits_{j=1}^{\lfloor\frac{n}{d^2g}\rfloor}(i+j)^k
f(x)=xkd2g=xμ(d)d2φ(g)f(x)=x^k\sum\limits_{d^2g=x}\mu(d)d^2\varphi(g)g(x)=i=1xj=1x(i+j)kg(x)=\sum\limits_{i=1}^x\sum\limits_{j=1}^x(i+j)^k
ANS=k=1nf(k)g(nk)ANS=\sum\limits_{k=1}^nf(k)g(\frac{n}{k}),是标准的整除分块形式。
则只需要预处理出 ffgg 即可 O(n)O(\sqrt n) 回答单次询问。
先线性筛出 μ(x)\mu(x)φ(x)\varphi(x)xkx^k
注意到先暴力枚举 dd,然后枚举 gg 来贡献 ff 的复杂度为 O(1nnx2 dx)=O(n)O(\int_1^n\frac{n}{x^2}\ dx)=O(n),而 g(x)=g(x1)+2i=x+12xik(2x)kg(x)=g(x-1)+2\sum\limits_{i=x+1}^{2x}i^k-(2x)^k,故可以递推处理。
则总复杂度 O(n+Tn)O(n+T\sqrt n)
另外地,注意到 ff 是积性函数,而所求即是 ijnf(i)Δg(j)\sum\limits_{ij\leq n}f(i)\Delta_g(j),其中 Δg(x)\Delta_g(x)g(x)g(x) 的差分,应用积性函数狄利克雷卷积一般函数的技巧可以做到 O(nloglogn+T)O(n\log\log n+T) 的复杂度。

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