求:求:求:
∑i=1nlcm(i,n)\sum_{i=1}^{n}lcm(i,n)i=1∑nlcm(i,n)
考虑将lcmlcmlcm转化为gcdgcdgcd,原式变成∑i=1ni∗ngcd(i,n)\sum_{i=1}^{n}\frac{i*n}{gcd(i,n)}i=1∑ngcd(i,n)i∗n
蜜汁变形(iii和n−in-in−i其实是等价的):
∑i=1n−1i∗ngcd(i,n)+∑i=1n−1(n−i)∗ngcd(n−i,n)2+n\frac{\sum_{i=1}^{n-1}\frac{i*n}{gcd(i,n)}+\sum_{i=1}^{n-1}\frac{(n-i)*n}{gcd(n-i,n)}}{2}+n2∑i=1n−1gcd(i,n)i∗n+∑i=1n−1gcd(n−i,n)(n−i)∗n+n
然后发现:gcd(i,n)=gcd(n−i,n)gcd(i,n)=gcd(n-i,n)gcd(i,n)=gcd(n−i,n)
那么只需求:
∑i=1n−1n2gcd(i,n)\sum_{i=1}^{n-1}\frac{n^2}{gcd(i,n)}i=1∑n−1gcd(i,n)n2
枚举gcdgcdgcd(设枚举的gcdgcdgcd为ddd):
∑d∣n∑i=1n−1n2d∗(gcd(i,n)==d)\sum_{d|n}\sum_{i=1}^{n-1}\frac{n^2}{d}*(gcd(i,n)==d)d∣n∑i=1∑n−1dn2∗(gcd(i,n)==d)
把n2d\frac{n^2}{d}dn2提出来,把d除下去,得到:
∑d∣nn2d∗∑i=1⌊n−1d⌋(gcd(i,nd)==1)\sum_{d|n}\frac{n^2}{d}*\sum_{i=1}^{\lfloor \frac{n-1}{d} \rfloor}(gcd(i,\frac{n}{d})==1)d∣n∑dn2∗i=1∑⌊dn−1⌋(gcd(i,dn)==1)
把nd\frac{n}{d}dn看做D。(其实nd\frac{n}{d}dn和d是等价的)变成:
n∗∑D∣nD∗∑i=1D−1(gcd(i,D)==1)n*\sum_{D|n}D*\sum_{i=1}^{D-1}(gcd(i,D)==1)n∗D∣n∑D∗i=1∑D−1(gcd(i,D)==1)
这里可以把⌊n−1d⌋\lfloor \frac{n-1}{d} \rfloor⌊dn−1⌋看做是D−1D-1D−1。那么∑i=1D−1(gcd(i,D)==1)\sum_{i=1}^{D-1}(gcd(i,D)==1)∑i=1D−1(gcd(i,D)==1)就可以理解为小于D的与D互质的数的个数。这就是欧拉函数嘛。于是原式变为:
n∗∑D∣n,D!=1D∗ϕ(D)n*\sum_{D|n,D!=1}D*\phi(D)n∗D∣n,D!=1∑D∗ϕ(D)
我们发现,只要得到每个数的约数就能算出答案了。但是对于每个数去求一次约数,由于有3e5个询问,时限显然不够。那么可以反过来考虑——考虑每一个数对它倍数的贡献。D!=1D!=1D!=1是因为如果D=1D=1D=1,那么d=nd=nd=n,那么i=ni=ni=n,由于把i=ni=ni=n排除了,所以要排除D=1D=1D=1的情况。
for(int i=1;i<maxn;++i)
for(int j=2;((j<maxn)&&((i*j)<maxn));++j)
ans[i*j]+=(ll)j*phi[j];
for(int i=1;i<maxn;++i) ans[i]=(ll)(ans[i]/2)*i+i;
这里jjj代表的就是刚才的DDD,枚举iii的所有倍数,把答案记在它的倍数上。然后代进之前推的完整的式子,就可以O(1)O(1)O(1)查询了。
下面是完整代码。
#include<bits/stdc++.h>
#define ll long long
using namespace std;
const int maxn=1e6+10;
int phi[maxn],mark[maxn],P[maxn],cnt=0,T,x;
ll ans[maxn];
inline void pre(){
phi[1]=1;
for(int i=2;i<=maxn;++i){
if(!mark[i]) P[++cnt]=i,phi[i]=i-1;
for(int j=1;((j<=cnt)&&(P[j]*i<maxn));++j){
mark[P[j]*i]=1;
if(i%P[j]==0){
phi[i*P[j]]=phi[i]*P[j];
break;
}phi[i*P[j]]=phi[i]*phi[P[j]];
}
}
for(int i=1;i<maxn;++i)
for(int j=2;((j<maxn)&&((i*j)<maxn));++j)
ans[i*j]+=(ll)j*phi[j];
for(int i=1;i<maxn;++i) ans[i]=(ll)(ans[i]/2)*i+i;
}
inline void print(ll x){
if(x>9) print(x/10);
putchar(x%10+'0');
}
int main(){
pre(),scanf("%d",&T);
while(T--)scanf("%d",&x),print(ans[x]),putchar(10);
}