1 条题解
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结论:
$$ \sum^n_{i=1}\sum_{j=1}^{\lfloor \frac n i \rfloor }\sum_{k|i} {j^mk^m\mu(k)}=n $$证明:
我们只需要对其小小地变形:
$$\sum^n_{i=1}\sum_{j=1}^{\lfloor \frac n i \rfloor }\sum_{k|i} {j^mk^m\mu(k)}\\ =\sum^n_{i=1}\sum_{k|i} ({k^m\mu(k)\sum_{j=1}^{\lfloor \frac n i \rfloor }j^m}) $$交换求和符号:
$$=\sum^n_{k=1}\sum_{k|i} ({k^m\mu(k)\sum_{j=1}^{\lfloor \frac n i \rfloor }j^m})\\ =\sum^n_{k=1}(k^m\mu(k)\sum_{k|i} {\sum_{j=1}^{\lfloor \frac n i \rfloor }j^m}) $$我们画一个图:横轴表示,纵轴表示,令(i,j)这个点的贡献为,那么最里面的求和符号,就是计算第i列的所有点的贡献之和。
这是从i的视角,我们不妨从j的视角这样看,我们发现,第j行最右侧的点横坐标是,它的每个距离有1份贡献,那么总共有$\lfloor \frac{\lfloor \frac n j \rfloor } k \rfloor=\lfloor \frac n {jk} \rfloor$个贡献。 所以
$$\sum^n_{k=1}(k^m\mu(k)\sum_{k|i} {\sum_{j=1}^{\lfloor \frac n i \rfloor }j^m})\\ =\sum_{1\le j,k\le n}(j^mk^m{\lfloor \frac n {jk} \rfloor}\mu(k))\\ $$换时右边显然为0,所以只需要对求和,k为x的因数。
$$=\sum_{1\le x\le n,k|x}x^m{\lfloor \frac n {x} \rfloor}\mu(k)\\ =\sum_{1\le x\le n}(x^m{\lfloor \frac n {x} \rfloor}\sum_{k|x}\mu(k))\\ $$根据莫比乌斯函数的性质:
意思是只有x=1时,值是1,其他时候都是0. 代入得:
$$=\sum_{1\le x\le n}(x^m{\lfloor \frac n {x} \rfloor}[x=1])\\ =n $$所以这个式子答案是n. 输出即可:
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