2024.8#8

sqrtqwq發表於2024-09-06

T1.P5176公約數

為了方便,我們令 \(x = \gcd(i,j),y = \gcd(i,k),z = \gcd(j,k)\)

那麼我們就要求出:

\[\sum^n_{i = 1}\sum^m_{j=1}\sum^p_{k=1}\gcd(i\times j,i\times k,j\times k) \times \gcd(i,j,k) \times \frac{x^2+y^2+z^2}{x+y+z} \]

然後我們有 \(\gcd(i\times j,i\times k,j\times k) = \frac{x\times y\times z}{\gcd(i,j,k)}\)。然後再把這個東西帶回原式,可得 \(\sum^n_{i = 1}\sum^m_{j=1}\sum^p_{k=1} x^2+y^2+k^2\)。接著我們可以把這個式子拆開來後再把無關的 \(\sum\) 提到前面,可以變為:

\[p\times \sum^n_{i=1}\sum^m_{j=1}\gcd(i,j)^2+m\times \sum^n_{i=1}\sum^k_{j=1}\gcd(i,j)^2+n\times \sum^m_{i=1}\sum^k_{j=1}\gcd(i,j)^2 \]

那麼現在我們只需要求出 \(\sum^n_{i=1}\sum^m_{j=1} \gcd(i,j)^2\) 即可,應為剩餘的兩個是類似的。

此時我們定義 \(F(n,m) = \sum^n_{i=1}\sum^m_{j=1} \gcd(i,j)^2\)

套路的,我們列舉 \(\gcd(i,j) = d\),那麼式子就變為:

\[\sum^n_{d=1}\sum^n_{i=1}\sum^m_{j=1} d^2[\gcd(i,j)==d] \]

然後 \(i,j\) 都除以 \(d\),那麼式子變為:

\[\sum^n_{d=1}\sum^{\lfloor \frac{n}{d} \rfloor}_{i=1}\sum^{\lfloor \frac{m}{d} \rfloor}_{j=1} d^2[\gcd(i,j)==1] \]

即為:

\[\sum^n_{d=1} d^2 \sum^{\lfloor \frac{n}{d} \rfloor}_{i=1}\sum^{\lfloor \frac{m}{d} \rfloor}_{j=1}\sum_{k \mid \gcd(i,j)}\mu(k) \]

然後我們提前列舉 \(k\),那麼就變為:

\[\sum^n_{d=1}d^2\sum_{k=1}^{\lfloor \frac{n}{d} \rfloor} \mu(k) \lfloor \frac{n}{d \times k} \rfloor \times \lfloor \frac{m}{d \times k} \rfloor \]

然後我們令 \(g(x) = x \times x\),那麼 \(F(n,m) = \sum^n_{T=1}\lfloor \frac{n}{T} \rfloor \times \lfloor \frac{m}{T} \rfloor \times (g(x) \times \mu(x))\),然後我們是兩個積性函式的卷積,然後這一塊用類似於P4449的方法做即可。