Newcoder 146 G.Counting regions(组合数学+欧拉公式)

探讨通过连接正多边形所有顶点形成的交点和边如何将多边形分割成不同区域,并利用组合数学和欧拉公式计算区域数量。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

Description

一个正nnn边形任意两点之间连边,问这些边把多边形分成的区域数量

Input

一个整数n(3≤n≤109)n(3\le n\le 10^9)n(3n109)

Output

输出交点个数,结果模109+710^9+7109+7

Sample Input

3

Sample Output

1

Solution

由欧拉公式F=E−V+2F=E-V+2F=EV+2,多边形内部的一个交点必然由两条经过不同顶点的直线相交,故多边形内部顶点有Cn4C_n^4Cn4个,之后考虑多边形内部边数,将多边形内部这Cn2−nC_n^2-nCn2n条边无限延长,这些边会有Cn4+nC_n^4+nCn4+n个交点,每个交点会让两条边被分成两部分,那么最后这Cn−12C_{n-1}^2Cn12边会被分成Cn2−n+2(Cn4+n)C_n^2-n+2(C_n^4+n)Cn2n+2(Cn4+n)部分,此时再去除处于多边形外部的2n2n2n部分,故多边形内部的边被分成了2Cn4+Cn2−n2C_n^4+C_n^2-n2Cn4+Cn2n个线段,由欧拉公式,整个平面区域被分成了2Cn4+Cn2−n+n−(Cn4+n)+2=Cn4+Cn2−(n−1)+1=Cn4+Cn−12+12C_n^4+C_n^2-n+n-(C_n^4+n)+2=C_n^4+C_n^2-(n-1)+1=C_n^4+C_{n-1}^2+12Cn4+Cn2n+n(Cn4+n)+2=Cn4+Cn2(n1)+1=Cn4+Cn12+1,取出多边形外部的一个区域得到多边形内部的区域个数为Cn4+Cn−12C_n^4+C_{n-1}^2Cn4+Cn12

Code

#include<cstdio>
using namespace std;
typedef long long ll;
#define mod 1000000007
int mul(int x,int y)
{
	ll z=1ll*x*y;
	return z-z/mod*mod;
}
int add(int x,int y)
{
	x+=y;
	if(x>=mod)x-=mod;
	return x;
}
int Pow(int x,int y)
{
	int ans=1;
	while(y)
	{
		if(y&1)ans=mul(ans,x);
		x=mul(x,x);
		y>>=1;
	}
	return ans;
}
int main()
{
	int n;
	while(~scanf("%d",&n))
	{
		int ans=mul(mul(mul(n,n-1),mul(n-2,n-3)),Pow(24,mod-2));
		ans=add(ans,(ll)(n-1)*(n-2)/2%mod);
		printf("%d\n",ans);
	}
	return 0;
}

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