\(\frak{Solution}\)

\(\text{Update on 2022.2.6}\)

发现自己写了好多废话,但是舍不得删,所以就变成 \(\rm details\) 了。

首先我们写出答案的式子(我们令 \(\mathtt{n <= m}\)):

\[\mathtt{\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m\ lcm(i,j)} \]

然后我们很自然地就想到了将 lcm 转化为 gcd。(毕竟公式是这么来的

\[\mathtt{\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m\ \frac{i*j}{gcd(i,j)}} \]

枚举 i 与 j 的 gcd。(P.S.\(\mathtt{[x=1]}\) 指的是当 x 取 1 时表达式的值为 1,其余为 0)

\[\mathtt{\sum_{k=1}^n\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m\ [gcd(i,j)=k]*\frac{i*j}{k}} \]

把 k 提出来。

\[\mathtt{\sum_{k=1}^nk*\sum_{i=1}^{\frac nk}\sum_{j=1}^{\frac mk}\ [gcd(i,j)=1]*i*j} \]

我们讲一讲这个式子是怎么化过去的。我们知道,如果 \(\mathtt{gcd(i*k,j*k)==k}\),那么其实可以转化成 \(\mathtt{gcd(i,j)==1}\)。可不可以这样理解:在 \(\mathtt{[1,n]}\)\(\mathtt{[1,m]}\) 里分别选取 x,y,使其 gcd 为 k。在 \(\mathtt{[1,n/k]}\)\(\mathtt{[1,m/k]}\) 中选择 i,j 使其互质。那么 \(\mathtt{i*k}\)\(\mathtt{j*k}\)\(\mathtt{x}\)\(\mathtt{y}\) 其实是一一对应的关系。因为 \(\mathtt{n/k}\) 就是在 n 里面选取 k 的倍数,我们这样改写不会错过任何一个 gcd 为 k 的解。

至于后面的 \(\mathtt{i*j}\) 可以这样理解:通过前面的式子,我们知道后半部分其实就是 lcm。我们尝试列出此时的 lcm:\(\mathtt{\frac{(i*k)*(j*k)}{k}}\)

\(\mathtt{i*j*k}\),将 k 提前,就是 \(\mathtt{i*j}\)

好了接下来我们利用莫比乌斯函数本身性质可以推出:

\[\mathtt{\sum_{k=1}^nk*\sum_{i=1}^{\frac nk}\sum_{j=1}^{\frac mk}\sum_{d|gcd(i,j)}\ μ(d)*i*j} \]

枚举 d,就是转化成 \(\mathtt{μ(d)}\) 可以匹配什么。。。至于为什么 d 的上界是 \(\mathtt{\frac nk}\),我们将 \(\mathtt{gcd(i,j)}\) 都除了个 k 嘛。

\[\mathtt{\sum_{k=1}^nk*\sum_{d=1}^{\frac nk}μ(d)*\sum_{i=1}^{\frac nk}\sum_{j=1}^{\frac mk}[d|gcd(i,j)]*i*j} \]

我们枚举 i 或 j 倍的 d,把 \(\mathtt{i*k}\)\(\mathtt{j*k}\) 看作原来的 i,j。因为肯定满足条件,所以直接乘起来。然后可以推出这样一个鬼式子(i,j 均为整):

\[\mathtt{\sum_{k=1}^nk*\sum_{d=1}^{\frac nk}μ(d)*\sum_{i*d=1}^{\frac nk}\sum_{j*d=1}^{\frac mk}(i*d)*(j*d)} \]

显然下一步可以化成

\[\mathtt{\sum_{k=1}^nk*\sum_{d=1}^{\frac nk}μ(d)*\sum_{i=1}^{\frac {n}{k*d}}\sum_{j=1}^{\frac {m}{k*d}}(i*d)*(j*d)} \]

继续,

\[\mathtt{\sum_{k=1}^nk*\sum_{d=1}^{\frac nk}μ(d)*d^2\sum_{i=1}^{\frac {n}{k*d}}\sum_{j=1}^{\frac {m}{k*d}}i*j} \]

用等差数列求和公式:

\[\mathtt{\sum_{k=1}^nk*\sum_{d=1}^{\frac nk}μ(d)*d^2*\frac{\frac{n}{k*d}*(\frac{n}{k*d}+1)}{2}*\frac{\frac{m}{k*d}*(\frac{m}{k*d}+1)}{2}} \]

最后我们筛出 \(\mathtt{μ(d)*d^2}\),套两层数论分块就行了QwQ。

终于写完了。。。

emm 感觉证了半天自己对莫比乌斯反演一点感觉都没有我果然是蒟蒻。


首先对柿子进行转化:

\[\text{Ans}=\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m\ \text{lcm}(i,j)\\ =\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m\ \frac{i\times j}{\gcd(i,j)} \]

考虑到莫反经常用到 "\([\gcd(i,j)=k]\)" 的形式,我们可以枚举 \(\gcd\)

\[=\sum_{k=1}^n\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m\ [\gcd(i,j)=k]\cdot \frac{i\times j}{k} \]

思考一下,如果令 \(g(k)=\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m\ [\gcd(i,j)=k]\cdot \frac{i\times j}{k}\) 真的合理吗?不合理的原因在于后面带了个 \(\frac{1}{k}\),由于 \(f(n)=\sum_{n\mid d}g(d)\),此时显然不能快速求出 \(f\)(不确定是 \(\frac{1}{k}\) 还是 \(\frac{1}{3k}\) 之类……),也就达不到莫反优化的效果。

自然地,我们将 \(k\) 提出来:

\[=\sum_{k=1}^n\frac{1}{k}\cdot \sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^m\ [\gcd(i,j)=k]\cdot (i\times j) \]

这样可以观察到后面那一坨和 3.3. 用法叁 及其类似,直接套用可得:

\[=\sum_{k=1}^n\frac{1}{k}\cdot g(k)\\ =\sum_{k=1}^n\frac{1}{k}\cdot \sum_{k\mid d}\mu\left(\frac{d}{k}\right)\cdot d^2\cdot \text{sum}(n/d)\cdot \text{sum}(m/d) \]

枚举 \(t=d/k\)

\[=\sum_{k=1}^n\frac{1}{k}\cdot \sum_{t=1}^{n/k}\mu(t)\cdot (kt)^2\cdot \text{sum}(n/(kt))\cdot \text{sum}(m/(kt)) \]

\[=\sum_{k=1}^nk\cdot \sum_{t=1}^{n/k}\mu(t)\cdot t^2\cdot \text{sum}(n/(kt))\cdot \text{sum}(m/(kt)) \]

另外这里提醒一个需要 注意 的地方:一般莫反都是用 \(g(k)=\sum_{k\mid d}\mu(d/k)\cdot f(d)\),为啥不写成 \(g(k)=\sum_{k\mid d}\mu(d)\cdot f(d/k)\)

在这之前,我们先讨论 \(t\) 的取值范围从何而来:由于函数 \(g\) 的自变量取值 \(\le n\),所以函数 \(f\) 的自变量取值 \(\le n\),那么按照第一种莫反,函数 \(\mu\) 的自变量取值就 \(\le n/k\). 而对于第二种,函数 \(\mu\) 的自变量取值能达到惊人的 \(n^2\) 级别!

通常来看,我们知道 \(f,g\) 的自变量取值,所以本着减小复杂度的想法,一般使用第一种莫反。

再回到这道题,预处理前缀和,再用求和上的整除分块套上朴素整除分块即可。

\(\frak Code\)

#include <cstdio>
#include <cmath>
#include <iostream>
using namespace std;
#define rep(i,_l,_r) for(signed i=(_l),_end=(_r);i<=_end;++i)
#define print(x,y) write(x),putchar(y)

#define int long long

int read() {
	int x=0,f=1; char s;
	while((s=getchar())>'9'||s<'0') if(s=='-') f=-1;
	while(s>='0'&&s<='9') x=(x<<1)+(x<<3)+(s^48),s=getchar();
	return x*f;
}

void write(int x) {
	if(x<0) return (void)(putchar('-'),write(-x));
	if(x>9) write(x/10);
	putchar(x%10^48);
}

const int maxn=1e7+5,mod=20101009;

int n,m,mu[maxn],p[(int)1e6],pc,ans,inv;
bool is[maxn];

int get(int x) {
	return 1ll*(x+1)*x%mod*inv%mod;
}

int Duck(int N,int M) {
	int r,ret=0,lim=min(N,M);
	for(int l=1;l<=lim;l=r+1) {
		r=min(N/(N/l),M/(M/l));
		ret=(ret+1ll*(mu[r]-mu[l-1]+mod)%mod*get(N/l)%mod*get(M/l)%mod)%mod;
	}
	return ret;
}

void init() {
	mu[1]=1;
	rep(i,2,maxn-5) {
		if(!is[i]) p[++pc]=i,mu[i]=-1;
		rep(j,1,pc) {
			if(p[j]*i>maxn-5) break;
			is[p[j]*i]=1;
			if(i%p[j]==0) break;
			mu[p[j]*i]=-mu[i];
		}
	}
	rep(i,1,maxn-5) mu[i]=(0ll+mu[i-1]+1ll*(mu[i]+mod)%mod*i%mod*i%mod)%mod;
}

int Goose() {
	int lim=min(n,m),r,ret=0;
	for(int l=1;l<=lim;l=r+1) {
		r=min(n/(n/l),m/(m/l));
		ret=(ret+1ll*(l+r)*(r-l+1)%mod*inv%mod*Duck(n/l,m/l)%mod)%mod;
	}
	return ret;
}

int qkpow(int x,int y) {
	int r=1;
	while(y) {
		if(y&1) r=1ll*r*x%mod;
		x=1ll*x*x%mod; y>>=1;
	}
	return r;
}

signed main() {
	inv=qkpow(2,mod-2);
	n=read(),m=read();
	init();
	printf("%lld\n",Goose());
	return 0;
}
posted on 2020-03-30 19:31  Oxide  阅读(89)  评论(0编辑  收藏  举报