【poj2478-Farey Sequence】递推求欧拉函数-欧拉函数的几个性质和推论

时间:2022-10-09 17:06:31

http://poj.org/problem?id=2478

题意:给定一个数x,求<=x的数的欧拉函数值的和。(x<=10^6)

题解:数据范围比较大,像poj1248一样的做法是不可行的了。

首先我们要了解欧拉函数的几个性质和推论:(今天跟好基友Konjak魔芋讨论了好久。。)

推论(一): phi(p^k)=(p-1)*p^(k-1)

证明:

令n=p^k,小于等于n的正整数数中,所有p的倍数共有p^k /p = p^(k-1)个。

1~n出去p的倍数,所以phi(n)= n -  p^(k-1)  = p^k - p^(k-1) =  (p-1)*p^(k-1).得证。

引用自scy的讲解。

性质(一):若ab互质,则phi(a*b)=phi(a)*phi(b)。即:欧拉函数是积性函数.

证明:

对任意数n都可以唯一分解成n=p1^a1*p2^a2*p3^a3*...*pn^an(pi为素数).
            则E(n)=n*(1-1/p1)*(1-1/p2)*...*(1-1/pn)

=(p1^a1*p2^a2*p3^a3*...*pn^an)*[(p1-1)*(p2-1)*(p3-1)*...*(pn-1)]/(p1*p2*p3*...*pn)

=(p1-1)*p1^(a1-1)*(p2-1)*p2^(a2-1)*...*(pn-1)*pn^(an-1)     ---(1)
            =E(p1^a1)*E(p2^a2)*E(p3^a3)*...*E(pn^an)

所以当ab互质的时候E(a*b)=E(a)*E(b)

注明:E()即是phi()。

推论(二):当b是质数,a%b==0,phi(a*b)=phi(a)*b

这个的证明可以代入到上面性质一的证明之中:

b=gcd(a,b),指数为q。

在(1)中,即E(a*b)中有(b-1)*b^(q-1)

若E(a*b)拆分为E(a)*E(b),则多乘了一次(b-1)*b^(-1),那么我们为了方程两边相等,得到了:

E(a*b)=E(a)*E(b)*b/(b-1)

因为b是素数,phi(b)=b-1

所以E(a*b)=E(a)*b。

另一种证明:phi(a*b)=phi(a)*b,a%b==0

a=k*b^n,gcd(k,b)==1

phi(a*b)=phi(k*b^(n+1))=phi(k)*(b-1)*b^n

phi(k)=phi(k*b^n)/phi(b)=phi(k*b^n)/((b-1)*(b^(n-1)))

约分,则phi(a*b)=phi(k*b^n)*b=phi(a)*b

推论(三): 当n为奇数时,E(2n)=E(n)

2是一个质数,n为奇数则一定与2互质,E(2n)=E(2)*E(n),其中E(2)=1。

推论(四): 当n是一个大于2的正整数时,E(n)是偶数

   若n是素数,则E(n)=n-1,又因为素数中偶数只有2,则n-1一定是偶数

若n是合数,则可以分解质因数,E(n)=E(p1)*E(p2)*…… 根据上一步的结论,E(n)一定是偶数。

有了上面的基础,我们就可以轻易地推出O(n)的方法解决这个问题了,也就是在欧拉筛中顺便更新欧拉函数值。

具体看代码吧,非常明白的了。

今天还做了几题欧拉函数的题,真是觉得自己不是完全懂欧拉函数的。现在把这道题学到的东西归纳一下,才发现一道代码这么短的题有这么多的知识。。

 #include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<iostream>
using namespace std; typedef long long LL;
const int Max=(int)1e6;
const int N=Max+;
LL pl;
LL p[N],phi[N],sum[N];
bool vis[N]; void eular()
{
memset(vis,,sizeof(vis));
pl=;
for(int i=;i<=Max;i++)
{
if(!vis[i]) p[++pl]=i,phi[i]=i-;
for(int j=;j<=pl;j++)
{
if(i*p[j]>Max) break;
vis[i*p[j]]=;
if((i%p[j])==)
{
phi[i*p[j]]=phi[i]*p[j];
break;
}
else phi[i*p[j]]=phi[i]*(p[j]-);
}
}
} int main()
{
// freopen("a.in","r",stdin);
// freopen("a.out","w",stdout);
eular();
sum[]=;
for(LL i=;i<=Max;i++) sum[i]=sum[i-]+phi[i];
while()
{
LL x;
scanf("%I64d",&x);
if(!x) return ;
printf("%I64d\n",sum[x]);
}
return ;
}