Luogu P6156 简单题

题目描述

https://www.luogu.com.cn/problem/P6156

简要题意:求 $\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^n(i+j)^kf((i,j))(i,j)$​,其中 $f(n)$ 当且仅当 $n$ 无平方因子时为 $1$

$n\le 5\times 10^6,k\le 10^{18}$

Solution

先进行套路的莫反

我们令 $S(n)=\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^n(i+j)^k$,$F(n)=\sum_{i=1}^ni^k$,$G(n)=\sum_{i=1}^nF(i)$,容易得到 $S(n)=G(2n)-2G(n)$

后面那个东西显然是 $\sum_{d|n}d\mu(d)\mu(\frac{n}{d})$,对于 $n=p^k$,当 $k>2$ 时为 $0$,这个东西可以线筛

另外自然数幂和也可以线筛,因为他是完全积性函数

可以做到 $O(n)$ 预处理,单词询问 $O(\sqrt n)$

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#include <iostream>
#define maxn 10000010
#define ll long long
using namespace std;

const int p = 998244353;

ll pow_mod(ll x, ll n) {
ll s = 1;
for (; n; n >>= 1, x = x * x % p)
if (n & 1) s = s * x % p;
return s;
}

inline int add(int x, int y) { return (x += y) >= p ? x - p : x; }
inline int mul(int x, int y) { return 1ll * x * y % p; }

int pri[maxn / 10], cnt, f[maxn], g[maxn], s[maxn]; bool isp[maxn];
void init_isp(int n, ll k) {
f[1] = g[1] = 1;
for (int i = 2; i <= n; ++i) {
if (!isp[i]) pri[++cnt] = i, f[i] = i - 1, g[i] = pow_mod(i, k);
for (int j = 1; j <= cnt && i * pri[j] <= n; ++j) {
isp[i * pri[j]] = 1;
g[i * pri[j]] = mul(g[i], g[pri[j]]);
if (i % pri[j] == 0) {
if (i / pri[j] % pri[j])
f[i * pri[j]] = mul(f[i / pri[j]], p - pri[j]);
break;
}
f[i * pri[j]] = mul(f[i], pri[j] - 1);
}
}
for (int i = 1; i <= n; ++i) f[i] = add(f[i - 1], mul(g[i], f[i])), s[i] = add(s[i - 1], g[i]);
for (int i = 1; i <= n; ++i) s[i] = add(s[i], s[i - 1]);
}

int n;
ll k;

int main() {
ios::sync_with_stdio(false);
cin.tie(nullptr); cout.tie(nullptr);

cin >> n >> k; init_isp(2 * n, k); ll ans = 0;
for (int l = 1, r; l <= n; l = r + 1) {
r = n / (n / l);
ans = (ans + 1ll * (s[2 * (n / l)] - 2 * s[n / l]) * (f[r] - f[l - 1])) % p;
}
cout << (ans + p) % p << "\n";
return 0;
}