合集-证明


一些关于基础的零散证明。
很多东西大胆猜测有风险。。。


索引(横向):

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关于ϕ\phi的线性筛法组合数奇偶性ϕ⊗id0=id1\phi \otimes id_ 0 = id_ 1
欧几里得算法ϕ(n)=n∏i=1l(1−1pi)\phi(n)=n\prod_ {i=1} ^l (1- \frac{1}{p_ i})⌊abc⌋=⌊⌊ab⌋c⌋\lfloor \frac{a}{bc} \rfloor=\lfloor \frac{\lfloor \frac{a}{b} \rfloor}{c} \rfloor
线性预处理逆元∑i=0n(ii+r)\sum_ {i=0}^ n(^ {i+r}_ i)

关于ϕ\phi的线性筛法


组合数奇偶性:
(kn)=(n&k==k)(^n _ k)=(n\&k==k)
证明见lucaslucas


∑i∣xϕ(i)=id1(x)\sum_ {i|x}\phi(i)=id_ 1(x)
(ϕ⊗id0=id1\phi \otimes id_ 0 = id_ 1)
这里就是把1~n-1/n的所有数列出来。
1n,2n,3n,4n,5n,...\frac{1}{n},\frac{2}{n},\frac{3}{n},\frac{4}{n},\frac{5}{n},...
(n=6n=6时原数列为16,13,12,23,56\frac{1}{6},\frac{1}{3},\frac{1}{2},\frac{2}{3},\frac{5}{6})

假如说nn与某个数ii有gcd(i,n)>1gcd(i,n)>1,那么他可以和nn同时除掉这个gcdgcd
然后这样就得到了一个新的数列,其中分子与分母互质。
对于任何一个小于nn的ii,in\frac{i}{n}一定可以被化简成分母为nn的因数的一个最简分数
对于任何一个i∥ni\|n的ii,与gcd(i,j)==1&j<igcd(i,j)==1\&j<i的jj构成的分数ji\frac{j}{i}也一定能找到与之相等的kn\frac{k}{n}
所以就相等了


欧几里得算法: gcd(a,b)=gcd(b,a%b)gcd(a,b)=gcd(b,a\%b)
设a>ba>b且a=kb+r,c=gcd(a,b)a=kb+r,c=gcd(a,b)
则a=nc,b=mca=nc,b=mc
r=a−kb=nc−kmc=(n−km)cr=a-kb=nc-kmc=(n-km)c

一个结论:gcd(n−km,m)=1gcd(n-km,m)=1
如果有公因数,设n−km=xd,m=yd(d>1)n-km=xd,m=yd(d>1)
n=km+xd=kyd+xd=(ky+x)dn=km+xd=kyd+xd=(ky+x)d
这样的话:
a=nc=(ky+x)cd,b=mc=ycda=nc=(ky+x)cd,b=mc=ycd
所以gcd(a,b)=gcd(ky+x,y)×cd>cgcd(a,b)=gcd(ky+x,y) \times cd>c,与gcd(a,b)=cgcd(a,b)=c不符。

有上面那个结论得到gcd(b,r)=gcd(mc,(n−km)c)=c=gcd(a,b)gcd(b,r)=gcd(mc,(n-km)c)=c=gcd(a,b)


ϕ(n)=n∏i=1l(1−1pi)\phi(n)=n\prod_{i=1} ^l (1- \frac{1}{p_ i})
(设pi(1≤i≤l)p_ i(1\leq i \leq l)为nn的质因数)

因为n=∏i=1lpikin=\prod_ {i=1} ^l p_ i ^{k_ i}
而且当a,ba,b互质时,有ϕ(a∗b)=ϕ(a)∗ϕ(b)\phi(a * b)=\phi(a) * \phi(b)
所以ϕ(n)=∏i=1lϕ(piki)\phi(n)=\prod_ {i=1} ^l \phi(p_ i ^{k_ i})

又ϕ(pk)=pk−pk−1=pk(1−1p)\phi(p^k)=p^k-p^{k-1}=p^k(1-\frac{1}{p})
ϕ(n)=∏i=1lpik(1−1pi)=n∏i=1l(1−1pi)\phi(n)=\prod_ {i=1}^l p_ i^k(1-\frac{1}{p_ i})=n\prod_ {i=1}^l(1-\frac{1}{p_ i})


⌊abc⌋=⌊⌊ab⌋c⌋\lfloor \frac{a}{bc} \rfloor=\lfloor \frac{\lfloor \frac{a}{b} \rfloor}{c} \rfloor

右边很显然不可能比左边大
设a=kbc+d(d<bc)a=kbc+d(d<bc)

⌊⌊ab⌋c⌋=⌊kc+⌊db⌋c⌋≤k+dbc\lfloor \frac{\lfloor \frac{a}{b} \rfloor}{c} \rfloor=\lfloor \frac{kc+\lfloor \frac{d}{b} \rfloor}{c} \rfloor \leq k+\frac{\frac{d}{b}}{c}
根据定义,有(d<bc)(d<bc),所以
⌊abc⌋=k=⌊k+dbc⌋\lfloor \frac{a}{bc} \rfloor=k=\lfloor k+\frac{\frac{d}{b}}{c} \rfloor


线性预处理逆元:
现在要求一个数ii对于质数PP的逆元。
P=⌊Pi⌋×i+P%iP=\lfloor \frac{P}{i} \rfloor \times i+P\%i
⌊Pi⌋×i+P%i=0(mod  P)\lfloor \frac{P}{i} \rfloor \times i+P\%i=0(\mod P)
两边同时乘上ii的逆元和P%iP\%i的逆元
⌊Pi⌋×(P%i)−1+i−1=0(mod  P)\lfloor \frac{P}{i} \rfloor \times (P\%i)^{-1}+i^{-1}=0(\mod P)
i−1=−⌊Pi⌋×(P%i)−1(mod  P)i^{-1}=-\lfloor \frac{P}{i} \rfloor \times (P\%i)^{-1}(\mod P)


∑i=0n(ii+r)\sum_ {i=0}^ n(^ {i+r}_ i)(或∑i=0n(ri+r)\sum_ {i=0}^ n(^ {i+r}_ r))
组合意义是前面r个球,后面n个球,在后面n个球中选一个球作为右界,前面取r个球的方案数。

或者可以在前面加上一个值为0的(−1r)(^ r_ {-1})
根据组合数递推公式我们能够得到:

(−1r)+∑i=0n(ii+r)=(−1r)+(0r)+∑i=1n(ii+r)=(0r+1)+∑i=1n(ii+r)=⋯=(nr+n+1)(^ r_ {-1})+\sum_ {i=0}^ n(^ {i+r}_ i)=(^ r_ {-1})+(^ r_ 0)+\sum_ {i=1}^ n(^ {i+r}_ i)=(^ {r+1}_ 0)+\sum_ {i=1}^ n(^ {i+r}_ i)=\cdots=(^ {r+n+1}_ n)