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题解:P4152 [WC2014] 时空穿梭

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@minqnzlr
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我们考虑枚举每一条直线,一条线可以用两个点来表示。假设我们定一个向量 x=(x1,x2,x3,xn)\vec{x}=(x_1,x_2,x_3……,x_n) ,那么第一个点可以取 i=1n(mixi)\prod_{i=1}^n(m_i-x_i) 种,令 d=gcd(x1,x2)d=\gcd(x_1,x_2……) ,那么这条线上只有 dd 个整点。可以得式子:
t1=1m1t2=1m2tnmn(d1c2)i=1n(miti)\sum_{t_1=1}^{m_1}\sum_{t_2=1}^{m_2}……\sum_{t_n}^{m_n}\binom{d-1}{c-2}\prod_{i=1}^n(m_i-t_i)
然后就是推了。
t1=1m1t2=1m2tnmn(d1c2)i=1n(miti)=d=1min(m1,m2)t1=1m1t2=1m2tnmn(d1c2)[gcd(t1,t2)=d]i=1n(miti)=d=1min(m1,m2)(d1c2)t1=1m1t2=1m2tnmn[gcd(t1,t2)=d]i=1n(miti)=d=1min(m1,m2)(d1c2)t1=1m1dt2=1m2dtnmnd[gcd(t1,t2)=1]i=1n(midti)\sum_{t_1=1}^{m_1}\sum_{t_2=1}^{m_2}……\sum_{t_n}^{m_n}\binom{d-1}{c-2}\prod_{i=1}^n(m_i-t_i)\\ =\sum_{d=1}^{\min(m_1,m_2……)}\sum_{t_1=1}^{m_1}\sum_{t_2=1}^{m_2}……\sum_{t_n}^{m_n}\binom{d-1}{c-2}[\gcd(t_1,t_2……)=d]\prod_{i=1}^n(m_i-t_i)\\ =\sum_{d=1}^{\min(m_1,m_2……)}\binom{d-1}{c-2}\sum_{t_1=1}^{m_1}\sum_{t_2=1}^{m_2}……\sum_{t_n}^{m_n}[\gcd(t_1,t_2……)=d]\prod_{i=1}^n(m_i-t_i)\\ =\sum_{d=1}^{\min(m_1,m_2……)}\binom{d-1}{c-2}\sum_{t_1=1}^{\lfloor \frac{m_1}{d} \rfloor}\sum_{t_2=1}^{\lfloor \frac{m_2}{d} \rfloor}……\sum_{t_n}^{\lfloor \frac{m_n}{d} \rfloor}[\gcd(t_1,t_2……)=1]\prod_{i=1}^n(m_i-dt_i)\\
莫反得 [gcd(t1,t2)=1]=kt1,kt2ktnμ(k)[\gcd(t_1,t_2……)=1]=\sum_{k|t_1,k|t_2……k|t_n}\mu(k)
=d=1min(m1,m2)(d1c2)t1=1m1dt2=1m2dtnmndkt1,kt2ktnμ(k)i=1n(midti)=d=1min(m1,m2)(d1c2)k=1μ(k)t1=1m1dkt2=1m2dktnmndki=1n(midkti)=T=1dT(d1c2)μ(Td)t1=1m1Tt2=1m2TtnmnTi=1n(miTti)=\sum_{d=1}^{\min(m_1,m_2……)}\binom{d-1}{c-2}\sum_{t_1=1}^{\lfloor \frac{m_1}{d} \rfloor}\sum_{t_2=1}^{\lfloor \frac{m_2}{d} \rfloor}……\sum_{t_n}^{\lfloor \frac{m_n}{d} \rfloor}\sum_{k|t_1,k|t_2……k|t_n}\mu(k)\prod_{i=1}^n(m_i-dt_i)\\ =\sum_{d=1}^{\min(m_1,m_2……)}\binom{d-1}{c-2}\sum_{k=1}\mu(k)\sum_{t_1=1}^{\lfloor \frac{m_1}{dk} \rfloor}\sum_{t_2=1}^{\lfloor \frac{m_2}{dk} \rfloor}……\sum_{t_n}^{\lfloor \frac{m_n}{dk} \rfloor}\prod_{i=1}^n(m_i-dkt_i)\\ =\sum_{T=1}\sum_{d|T}\binom{d-1}{c-2}\mu(\frac{T}{d})\sum_{t_1=1}^{\lfloor \frac{m_1}{T} \rfloor}\sum_{t_2=1}^{\lfloor \frac{m_2}{T} \rfloor}……\sum_{t_n}^{\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor}\prod_{i=1}^n(m_i-Tt_i)
f(T,c)=dT(d1c2)μ(Td),g(n,T)=t1=1m1Tt2=1m2TtnmnTi=1n(miTti)f(T,c)=\sum_{d|T}\binom{d-1}{c-2}\mu(\frac{T}{d}),g(n,T)=\sum_{t_1=1}^{\lfloor \frac{m_1}{T} \rfloor}\sum_{t_2=1}^{\lfloor \frac{m_2}{T} \rfloor}……\sum_{t_n}^{\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor}\prod_{i=1}^n(m_i-Tt_i)
=T=1f(T,c)g(n,T)=\sum_{T=1}f(T,c)g(n,T)
f(T,c)f(T,c) 是好算的,我们重点看 g(n,T)g(n,T)
g(n,T)=t1=1m1Tt2=1m2TtnmnTi=1n(miTti)=t1=1m1Tt2=1m2TtnmnT(m1Tt1)(m2Tt2)(mnTtn)=t1=1m1Tt2=1m2T(m1Tt1)(m2Tt2)tnmnT(mnTtn)g(n,T)=\sum_{t_1=1}^{\lfloor \frac{m_1}{T} \rfloor}\sum_{t_2=1}^{\lfloor \frac{m_2}{T} \rfloor}……\sum_{t_n}^{\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor}\prod_{i=1}^n(m_i-Tt_i)\\ =\sum_{t_1=1}^{\lfloor \frac{m_1}{T} \rfloor}\sum_{t_2=1}^{\lfloor \frac{m_2}{T} \rfloor}……\sum_{t_n}^{\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor}(m_1-Tt_1)(m_2-Tt_2)……(m_n-Tt_n)\\ =\sum_{t_1=1}^{\lfloor \frac{m_1}{T} \rfloor}\sum_{t_2=1}^{\lfloor \frac{m_2}{T} \rfloor}……(m_1-Tt_1)(m_2-Tt_2)……\sum_{t_n}^{\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor}(m_n-Tt_n)\\
tnmnT(mnTtn)\sum_{t_n}^{\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor}(m_n-Tt_n) 不就是一个等差数列求和吗?
=t1=1m1Tt2=1m2T(m1Tt1)(m2Tt2)(mnTmiT(mnT+1)mnT2)=(mnTmiT(mnT+1)mnT2)t1=1m1Tt2=1m2T(m1Tt1)(m2Tt2)=(mnTmiT(mnT+1)mnT2)g(n1,T)=i=1n(mnTmi(TmiT+1)miT2)=\sum_{t_1=1}^{\lfloor \frac{m_1}{T} \rfloor}\sum_{t_2=1}^{\lfloor \frac{m_2}{T} \rfloor}……(m_1-Tt_1)(m_2-Tt_2)……(\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor m_i - \frac{T (\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor+1)\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor}{2})\\ =(\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor m_i - \frac{T(\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor+1)\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor}{2})\sum_{t_1=1}^{\lfloor \frac{m_1}{T} \rfloor}\sum_{t_2=1}^{\lfloor \frac{m_2}{T} \rfloor}……(m_1-Tt_1)(m_2-Tt_2)……\\ =(\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor m_i - \frac{T(\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor+1)\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor}{2})g(n-1,T)\\ =\prod_{i=1}^n(\lfloor \frac{m_n}{T} \rfloor m_i - \frac{(T\lfloor \frac{m_i}{T} \rfloor+1)\lfloor \frac{m_i}{T} \rfloor}{2})
这是不是可以看作一个 TT 的且系数只和 miT,mi\lfloor \frac{m_i}{T} \rfloor, m_i 有关的多项式,令 xhixh_i 代表多项式的系数。
=i=0xhiTi=\sum_{i=0}xh_iT^i
带回原式。
=T=1f(T,c)i=0xhiTi=i=0xhiT=1f(T,c)Ti=\sum_{T=1}f(T,c)\sum_{i=0}xh_iT^i\\ =\sum_{i=0}xh_i\sum_{T=1}f(T,c)T_i
因为系数只和 miT,mi\lfloor \frac{m_i}{T} \rfloor, m_i 有关,所以一个整除分块来对系数预处理即可。
完结撒花\o/

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