[Problem b HYSBZ - 2301][GCD HDU - 1695] 莫比乌斯反演 + 容斥 + 分块-程序员宅基地

Problem b HYSBZ - 2301

对于给出的 n n n 个询问,每次求有多少个数对 ( x , y ) (x,y) (x,y) ,满足 a ≤ x ≤ b a ≤ x ≤ b axb c ≤ y ≤ d c ≤ y ≤ d cyd ,且 g c d ( x , y ) = k gcd(x,y) = k gcd(x,y)=k g c d ( x , y ) gcd(x,y) gcd(x,y) 函数为 x x x y y y 的最大公约数。

Input

第一行一个整数 n n n,接下来 n n n 行每行五个整数,分别表示 a 、 b 、 c 、 d 、 k a、b、c、d、k abcdk

Output

n n n 行,每行一个整数表示满足要求的数对 ( x , y ) (x,y) (x,y) 的个数

Sample Input

2
2 5 1 5 1
1 5 1 5 2

Sample Output

14
3

Hint

100 % 100\% 100% 的数据满足: 1 ≤ n ≤ 50000 , 1 ≤ a ≤ b ≤ 50000 , 1 ≤ c ≤ d ≤ 50000 , 1 ≤ k ≤ 50000 1≤n≤50000,1≤a≤b≤50000,1≤c≤d≤50000,1≤k≤50000 1n500001ab500001cd500001k50000

题解

题目求解
∑ x = a b ∑ y = c d [ g c d ( x , y ) = k ] \sum_{x = a}^{b}\sum_{y = c}^{d}[gcd(x, y) = k] x=aby=cd[gcd(x,y)=k]

f = [ g c d ( x , y ) = k ] f=[gcd(x,y)=k] f=[gcd(x,y)=k]
根据容斥的原理,我们可以知道
∑ x = a b ∑ y = c d f = ∑ x = 1 b ∑ y = 1 d f − ∑ x = 1 a − 1 ∑ y = 1 d f − ∑ x = 1 b ∑ y = 1 c − 1 f + ∑ x = 1 a − 1 ∑ y = 1 c − 1 f \sum_{x = a}^{b}\sum_{y = c}^{d}f=\sum_{x = 1}^{b}\sum_{y = 1}^{d}f-\sum_{x = 1}^{a-1}\sum_{y = 1}^{d}f-\sum_{x = 1}^{b}\sum_{y = 1}^{c-1}f + \sum_{x = 1}^{a-1}\sum_{y = 1}^{c-1}f x=aby=cdf=x=1by=1dfx=1a1y=1dfx=1by=1c1f+x=1a1y=1c1f
所以重点在于 ∑ x = 1 n ∑ y = 1 m f \sum_{x = 1}^{n}\sum_{y = 1}^{m}f x=1ny=1mf 的求法。
和以前一样,令 n ′ = ⌊ n k ⌋ , m ′ = ⌊ m k ⌋ n'=\lfloor{n\over k}\rfloor,m'=\lfloor{m\over k}\rfloor n=kn,m=km
∑ x = 1 n ∑ y = 1 m [ g c d ( x , y ) = k ] = ∑ x = 1 n ′ ∑ y = 1 m ′ [ g c d ( x , y ) = 1 ] = ∑ x = 1 n ′ ∑ y = 1 m ′ ∑ d ∣ g c d ( x , y ) μ ( d ) = ∑ d = 1 m i n ( n ′ , m ′ ) μ ( d ) ∗ ⌊ n ′ d ⌋ ∗ ⌊ m ′ d ⌋ \begin{aligned} \sum_{x = 1}^{n}\sum_{y = 1}^{m}[gcd(x,y)=k] & =\sum_{x = 1}^{n'}\sum_{y = 1}^{m'}[gcd(x, y)=1]\\ &=\sum_{x = 1}^{n'}\sum_{y = 1}^{m'}\sum_{d|gcd(x,y)}\mu(d)\\ &=\sum_{d=1}^{min(n',m')}\mu(d)*\lfloor{n'\over d}\rfloor * \lfloor{m'\over d}\rfloor\\ \end{aligned} x=1ny=1m[gcd(x,y)=k]=x=1ny=1m[gcd(x,y)=1]=x=1ny=1mdgcd(x,y)μ(d)=d=1min(n,m)μ(d)dndm
因此也可以分块计算。

代码

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int maxn = 5e4 + 10;
int mu[maxn], prime[maxn], cnt = 0;
bool vis[maxn];

void init() {
    
  mu[1] = 1;
  for (int i = 2; i < maxn; i++) {
    
    if (vis[i] == false) {
    
      prime[cnt++] = i;
      mu[i] = -1;
    }
    for (int j = 0; j < cnt && i * prime[j] < maxn; j++) {
    
      vis[i * prime[j]] = true;
      if (i % prime[j] == 0) {
    
        mu[i * prime[j]] = 0;
        break;
      } else {
    
        mu[i * prime[j]] = -mu[i];
      }
    }
  }
  for (int i = 2; i < maxn; i++) {
    
    mu[i] += mu[i - 1];
  }
}

int solve(int a, int b) {
    
  int ans = 0;
  if (a > b) swap(a, b);
  for (int l = 1, r; l <= a; l = r + 1) {
    
    r = min(a/(a/l), b/(b/l));
    ans += (mu[r] - mu[l - 1]) * (a/l) * (b/l);
  }
  return ans;
}

int main()
{
    
  init();
  int n, a, b, c, d, k;
  scanf("%d", &n);
  while (n--) {
    
    scanf("%d%d%d%d%d", &a, &b, &c, &d, &k);
    printf("%d\n", solve(b/k, d/k) - solve(b/k, (c - 1)/k) - solve((a - 1)/k, d/k) + solve((a - 1)/k, (c - 1)/k));
  }

  return 0;
}

GCD HDU - 1695

Problem Description

Given 5 5 5 integers: a , b , c , d , k , a, b, c, d, k, a,b,c,d,k, you’re to find x x x in a . . . b a...b a...b, y y y in c . . . d c...d c...d that g c d ( x , y ) = k gcd(x, y) = k gcd(x,y)=k. g c d ( x , y ) gcd(x, y) gcd(x,y) means the greatest common divisor of x x x and y y y. Since the number of choices may be very large, you’re only required to output the total number of different number pairs.
Please notice that, ( x = 5 , y = 7 x=5, y=7 x=5,y=7) and ( x = 7 , y = 5 x=7, y=5 x=7,y=5) are considered to be the same.


You can assume that a = c = 1 a = c = 1 a=c=1 in all test cases.

Input

The input consists of several test cases. The first line of the input is the number of the cases. There are no more than 3 , 000 3,000 3,000 cases.
Each case contains five integers: a , b , c , d , k , 0 &lt; a ≤ b ≤ 100 , 000 , 0 &lt; c ≤ d ≤ 100 , 000 , 0 ≤ k ≤ 100 , 000 a, b, c, d, k, 0 &lt; a \le b \le 100,000, 0 &lt; c \le d \le 100,000, 0 \le k \le 100,000 a,b,c,d,k,0<ab100,000,0<cd100,000,0k100,000, as described above.

Output

For each test case, print the number of choices. Use the format in the example.

Sample Input

2
1 3 1 5 1
1 11014 1 14409 9

Sample Output

Case 1: 9
Case 2: 736427

Hint

For the first sample input, all the 9 9 9 pairs of numbers are ( 1 , 1 ) , ( 1 , 2 ) , ( 1 , 3 ) , ( 1 , 4 ) , ( 1 , 5 ) , ( 2 , 3 ) , ( 2 , 5 ) , ( 3 , 4 ) , ( 3 , 5 ) (1, 1), (1, 2), (1, 3), (1, 4), (1, 5), (2, 3), (2, 5), (3, 4), (3, 5) (1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(1,5),(2,3),(2,5),(3,4),(3,5).

题解

起始这题和上题差不多,一样的容斥。但是不同的是在这题看来, ( 2 , 3 ) (2,3) (2,3) ( 3 , 2 ) (3,2) (3,2) 被看作是同样的一对,只计数一次。
题目已经说明保证 a = c = 1 a = c = 1 a=c=1
所以我们只需要容斥进行这样子的处理:
f = [ g c d ( x , y ) = k ] f=[gcd(x,y) =k] f=[gcd(x,y)=k]
n u m ( f ) = ∑ x = 1 b ∑ y = 1 d f − ∑ x = 1 m i n ( b , d ) ∑ y = 1 m i n ( b , d ) f 2 num(f)=\sum_{x=1}^{b}\sum_{y=1}^{d}f-{\sum_{x=1}^{min(b,d)}\sum_{y=1}^{min(b,d)}f\over2} num(f)=x=1by=1df2x=1min(b,d)y=1min(b,d)f
想想为什么?


因为只有满足 x , y ∈ [ 1 , m i n ( b , d ) ] x,y \in [1, min(b,d)] x,y[1,min(b,d)] 才会有重复对的情况吧?

接下来对式子的处理也很容易。

代码

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long LL;
const int maxn = 1e5 + 10;
int mu[maxn],prime[maxn], cnt = 0;
bool vis[maxn];

void init() {
    
  mu[1] = 1;
  for (int i = 2; i < maxn; i++) {
    
    if (vis[i] == false) {
    
      prime[cnt++] = i;
      mu[i] = -1;
    }
    for (int j = 0; j < cnt && prime[j] * i < maxn; j++) {
    
      vis[prime[j] * i] = true;
      if (i % prime[j] == 0) {
    
        mu[i * prime[j]] = 0;
        break;
      } else {
    
        mu[i * prime[j]] = -mu[i];
      }
    }
  }
  for (int i = 2; i < maxn; i++) {
    
    mu[i] += mu[i - 1];
  }
}

LL solve(int a, int b) {
    
  LL ans = 0;
  for (int l = 1, r; l <= a; l = r + 1) {
    
    r = min(a/(a/l), b/(b/l));
    ans += (LL)(mu[r] - mu[l - 1]) * (a/l) * (b/l);
  }
  return ans;
}

int main()
{
    
  init();
  int a, b, c, d, k, n;
  scanf("%d", &n);
  for (int ca = 0; ca < n; ca++) {
    
    scanf("%d %d %d %d %d", &a, &b, &c, &d, &k);
    if (k == 0) {
    
      printf("Case %d: 0\n", ca + 1);
      continue;
    }
    if (b > d) swap(b, d);
    printf("Case %d: %lld\n", ca + 1, solve(b/k, d/k) - solve(b/k, b/k)/2);
  }

  return 0;
}

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