模意义(同余)
同余为数论中的重要概念:
一个正整数m,如果两个整数a和b满足a-b能够被m整除,即(a-b)/m得到一个整数,那么就称整数a与b对模m同余。
记作: a≡b(modm)a≡b(mod m)a≡b(modm)或者说 a%m=ba\%m = ba%m=b 。
其中 %就是取模运算符;
对模m同余是整数的一个等价关系。
同余有很多奇妙的性质和玩法()
首先我们约定:大写字母如A≡a(modp)A ≡ a(mod p)A≡a(modp)
乘法:
若:AB = C , 则ab %p= c%p
乘法在模意义下同余仍成立;
A=k1∗p+a;A = k1 * p +a;A=k1∗p+a;
B=k2∗p+b;B = k2 * p +b;B=k2∗p+b;
C=k1∗k2∗p∗p+(a∗k2+b∗k1)∗p+a∗bC = k1*k2*p*p +(a*k2+b*k1)*p + a*bC=k1∗k2∗p∗p+(a∗k2+b∗k1)∗p+a∗b
加减法同理,手推即可发现仍然不影响同余
除法
在除法中要引进一个定理:
费马小定理:结论为:aP−1≡1(modP)a^{P-1} ≡ 1 (mod P)aP−1≡1(modP)
即a的p-1次方对模P意义下与1同余;
那么显然aP−2a^{P-2}aP−2就可以看成模意义下的1/a;因为a∗a−1=1a*a^{-1} = 1a∗a−1=1;
至此,引入一个方便计算a^b的算法,叫做快速幂,是一个简单实用的log2∗blog_{2}*{b}log2∗b 次乘法时间内就能求出来a^b的算法
这是快速幂的解释代码:https://paste.ubuntu.com/p/zJTMWytKFb/
那现在我们要计算b/a在模P意义下等于何数值,显然需要求b∗aP−2%Pb*a^{P-2}\%Pb∗aP−2%P
就能把除法成功变成乘法
这里只说明同余意义下的加减乘除。还有开根号等各种运算都能在模意义下找到解释;
累加累乘,表达式的化简
∑\sum∑这是累加符号
∏\prod∏这是累乘符号
[][][]这个在式子中出现表示的含义是方括号内容为真,这[**] = 1,否者为假,可以认为是一个真值判别符号;
∣|∣这个是整除符号,a|b说明b/a的结果是整数;例如:2|8 , 3|9
An=2n+3;A_n = 2n+3;An=2n+3;
那么数列A的前n项和SnS_nSn = ∑i=1ni∗2+1\sum_{i=1}^{n}i*2+1∑i=1ni∗2+1
那么n的阶乘n!=∏i=1nin! = \prod_{i=1}^nin!=∏i=1ni
面对一些表达式,我们看起来要枚举两个数各自从1到n,时间复杂度为n方,但是其实式子化简之后就会变得很简单:以下的n都是1e5:
1
∑i=1n∑j=1n∑k=1ni∗j∗k\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}\sum_{k=1}^{n} i*j*k∑i=1n∑j=1n∑k=1ni∗j∗k
这个式子乍一看是枚举三个元素,求元素之积,只需要固定ij,思考k的变化:显然是ij+ij2+ij3,这是一个等差数列,于是我们快快乐乐地把式子变成:
∑i=1n∑j=1ni∗j∗(n+1)∗n2\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n} i*j*\frac{(n+1)*n}{2}∑i=1n∑j=1ni∗j∗2(n+1)∗n
一看固定i,j的变化也是等差数列,最后i也是等差数列,上面的式子继续化成:
((n+1)∗n2)3(\frac{(n+1)*n}{2})^3(2(n+1)∗n)3