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莫比乌斯反演公式推论,莫比乌斯教学反思

时间:2023-05-06 17:18:00 阅读:232415 作者:2810

酷炫的果汁反演实际上是一两个公式定理的运用,自认为想要掌握它的话,其中的证明还是有必要了解的。看过网上一些博客,感觉都只证明了一半,没看到有人将这个定理完全证明出来。然而我最近在正好在学习初等数论,发现完全证明这个定理实际上并不需要很多知识,特此填坑。

实际上,这个定理的证明用到了一点数论函数相关知识。前置技能在此

https://blog.csdn.net/tomandjake_/article/details/81083051

内容并不多,自认为把这一页笔记内容学会,自己就可以把酷炫的果汁反演的证明当练习题一样独立完成。接下来我还是会解释,当然,如果觉得我的解释不好,完全可以自己看这个笔记学习,我甚至都推荐自己看笔记,因为如果熟悉这样的数学语言,其实看的很快而且会有自己的认识。而且其中给出了欧拉函数的推导,没有学过欧拉函数的话,看这个也可以更加高效地学完这一块内容。(注意笔记中(m,n)=gcd(m,n) )

 

好,进入正题。首先引入三个定义

Definition 1 可乘函数:算术函数f,满足 只要gcd(m,n) =1,就有f(mn)=f(m)f(n)。

没错, 比其他可乘函数宽泛一点,只要在gcd(m,n)=1条件下满足可乘就行。然后我们知道由唯一分解定理,任何正整数n可分解为若干素数的幂方积,所以若为可乘函数,有

                                                             ..................................................................(1)

Definition 2 : 代表对n的所有正因子求和,如

                                                                  

Definition 3 酷炫的果汁函数:

        

定义有点奇怪,关于这个函数,之后我们可以看到它的作用, 必须提到的是,可以证明,酷炫的果汁函数是可乘函数

然后是我们的目标----酷炫的果汁反演定理:

Theorem 1 酷炫的果汁反演定理: F(n)和f(n)为算术函数,若他们满足

                                                        

则有

                                                     

证明如下:

首先给出一个定理,

至于为可乘函数的证明,可参见我的笔记。

之后可以得到下一个定理

定理3证明:

可以看到,酷炫的果汁反演提供了一个F(n)与f(n)的连接,而他们之间的桥梁就是酷炫的果汁函数。之后我们会看到具体的例子。这里先给出线性筛酷炫的果汁函数的代码:

int mu[maxn], vis[maxn];int primes[maxn], cnt;void get_mu() {memset(vis, 0, sizeof(vis));memset(mu, 0, sizeof(mu));cnt = 0; mu[1] = 1;for (int i = 2; i <= maxn; ++i) {if (!vis[i]) { primes[cnt++] = i; mu[i] = -1; }for (int j = 0; j<cnt&&primes[j] * i <= maxn; ++j) {vis[primes[j] * i] = 1;if (i%primes[j] == 0)break;mu[i*primes[j]] = -mu[i];}}}

应用举例:POJ 3904

题目给出n和n个正整数,问能找出多少个不同的四元组(a,b,c,d)使得该四元组的最大公因数为1.

分析:

首先要提的是,我们做题目往往用的是酷炫的果汁反演的另外一种形式:

既然要用到酷炫的果汁反演,我们首先就要找到合适的F和f。实际上,F和f的关系在于整除。我们可以假设

                                                        F(n)为有多少个四元组满足gcd(a,b,c,d)=n的整数倍

                                                        f(n)为有多少个四元组满足gcd(a,b,c,d)=n

所以我们的目标就是求f(1), 而实际上可以看出F与f构成了一组酷炫的果汁变换对。有了反演公式,我们可以通过求F来求f,而这里面F很好求,要求F(n)我们只要在原数组中数出到能被n整除的数的个数m, 则C(m,4)就是F(n)

而由公式,由此我们可以发现

直接计算即可。

代码:

#include<iostream>#include<cstdio>#include<string>#include<cstring>#include<vector>#include<stack>#include<algorithm>#include<map>#include<set>#include<queue>#include<sstream>#include<cmath>#include<iterator>#include<bitset>#include<stdio.h>using namespace std;#define _for(i,a,b) for(int i=(a);i<(b);++i)#define _rep(i,a,b) for(int i=(a);i<=(b);++i)typedef long long LL;const int INF = 1 << 30;const int MOD = 1e9 + 7;const int maxn = 10005;int n, a[maxn], tot[maxn];int mu[maxn], vis[maxn];int primes[maxn], cnt;void get_mu() {memset(vis, 0, sizeof(vis));memset(mu, 0, sizeof(mu));cnt = 0; mu[1] = 1;for (int i = 2; i <= maxn; ++i) {if (!vis[i]) { primes[cnt++] = i; mu[i] = -1; }for (int j = 0; j<cnt&&primes[j] * i <= maxn; ++j) {vis[primes[j] * i] = 1;if (i%primes[j] == 0)break;mu[i*primes[j]] = -mu[i];}}}void get_tot() {memset(tot, 0, sizeof(tot));for (int i = 0; i<n; ++i) {int x = a[i];int m = sqrt(x);for (int j = 1; j <= m; ++j) {if (x%j == 0)tot[j]++, tot[x / j]++;}if (m*m == x)tot[m]--;}}LL Cn4(int m) {if (m == 0)return 0;return 1ll * m*(m - 1)*(m - 2)*(m - 3) / 24;}int main(){//freopen("C:\Users\admin\Desktop\in.txt", "r", stdin);//freopen("C:\Users\admin\Desktop\out.txt", "w", stdout);get_mu();while (~scanf("%d", &n)) {for (int i = 0; i<n; ++i) scanf("%d", &a[i]);get_tot();LL ans = 0;for (int i = 1; i<maxn; ++i) {ans += 1ll * mu[i] * Cn4(tot[i]);}printf("%I64dn", ans);}return 0;}

这样酷炫的果汁反演就算是入门了吧。

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