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Java高次幂取模+积性函数+逆元的方法

王林
发布: 2023-05-25 15:10:27
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题目意思:2004^x的所有正因数的和(S)对29求余;输出结果;

原题链接

题目解析:解析参照来源:点击打开链接

因子和

6的因子是1,2,3,6; 6的因子和是s(6)=1+2+3+6=12;

20的因子是1,2,4,5,10,20; 20的因子和是s(20)=1+2+4+5+10+20=42;

2的因子是1,2; 2的因子和是s(2)=1+2=3;

3的因子是1,3; 3的因子和是s(3)=1+3=4;

4的因子和是
s(4)=1+2+4=7;

5的因子和是
s(5)=1+5=6;

s(6)=s(2)*s(3)=3*4=12;

s(20)=s(4)*s(5)=7*6=42;

这是巧合吗?

再看 s(50)=1+2+5+10+25+50=93=3*31=s(2)*s(25),s(25)=1+5+25=31.

这在数论中叫积性函数,当gcd(a,b)=1时s(a*b)=s(a)*s(b);

如果p是素数

s(p^n)=1+p+p^2+...+p^n=(p^(n+1)-1) /(p-1) (1)

例 hdu1452 Happy2004

计算 因子和 s(2004^X) mod 29,

2004=2^2 *3 *167

s(2004^X) ) = (s(2^2X))) *(s(3^X))) * (s(167^X)))

167)=22;

s(2004^X) ) = (s(2^2X))) *(s(3^X))) * (s(22^X)))

a=s(2^2X)=(2^(2X+1)-1)//根据 (1)

b=s(3^X)= (3^(X+1)-1)/2//根据 (1)

c=s(22^X)= (22^(X+1)-1)/21//根据 (1)

%运算法则
1. (a*b) %p= ( a%p) *(b%p)

%运算法则
2. (a/b) %p= ( a *b^(-1)%p)

b^(-1)是
b的逆元素 (%p)

2的逆元素是15 ()) ,因为2*15=30 % 29=1 % 29

21的逆元素是18 ()) ,因为21*18=378% 29 =1 % 29

因此

a=(powi(2,2*x+1,29)-1)%29;

b=(powi(3,x+1,29)-1)*15 %29;

c=(powi(22,x+1,29)-1)*18 %29;

ans=(a*b)% 29*c % 29;

资料拓展: 1.

高次幂快速取模链接

                          2.积性函数:在数论中的积性函数:对于正整数n的一个算术函数
f(n),若f(1)=1,且当a,b互质时f(ab)=f(a)f(b),在数论上就称它为积性函数。若
                                                       对于某积性函数 f(n) ,就算a, b不互质,也有f(ab)=f(a)f(b),则称它为完全积性的。若将n表示成质因子分解式;
                    3.求逆元:
                           
在计算(a/b)%Mod时,往往需要先计算b%Mod的逆元p(b有逆元的条件是gcd(b,Mod)==1,显然素数肯定有逆元),然后由(a*p)%Mod      
  得结果c。这
 里b的逆元p满足(b*p)%Mod=1。先来简单证明一下:
   (a/b)%Mod=c;    (b*p)%Mod=1;    ==》   (a/b)*(b*p) %Mod=c;    ==》    (a*p)%Mod=c;

从上面可以看出结论的正确性,当然这里b需要是a的因子。接下来就需要知道根据b和Mod,我们怎么计算逆元p了。大家都应该熟悉扩展欧几里德算法,它用于解决已知a、b时求一组解(x,y),使得a*x+b*y=1。x和y分别是a对b取模的逆元和b对a取模的逆元,可通过模上b或a来验证。

下面解释原因:

模m乘法逆元

定义:对于整数a,m,如果存在整数b,满足ab ≡ 1(mod m),则说,b是a的模m乘法逆元。

定理:a存在模m的乘法逆元的充要条件是gcd(a,m) = 1

充分性:

因为

gcd(a,m) = 1

根据欧拉定理,有

a^φ(m) ≡ 1(mod m)

因此

a * a^(φ(m)-1) mod m = 1

所以存在a的模m乘法逆元,即a^(φ(m)-1)

必要性:

假设存在a模m的乘法逆元为b,则

ab ≡ 1 (mod m)

所以

ab = km +1

所以

1 = ab - km

由欧几里得定理,有

gcd(a,m) = 1

由定理知:

对于ax + by = 1,可以看出x是a模b的乘法逆元,y是b模a的乘法逆元。

反过来,要计算a模b的乘法逆元,就相当于求ax + by = 1的x的最小正整数解,从而化为线性不定方程解决。

具体参考:http://blog.csdn.net/synapse7/article/details/9901195调用ExtGcd(b,Mod,x,y),x即为b%Mod的逆元p。 
  求b%Mod的逆元p还有另外一种方法,即p=b^(Mod-2)%Mod,因为b^(Mod-1)%Mod=1(这里需要Mod为素数)。错误分析:1:if(y&1)ans*=x%29;//误把试中ans=x*x%292.数据类型要用__int64,

代码实现:

#include<cstdio>
#include<cstdlib>
using namespace std;
typedef __int64 ll;
ll  powmol(ll  x,ll  y)//高次幂取模的求x^ymod29
{
    ll  ans=1;
    x=x%29;
    while(y)
    {
        if(y&1)ans*=x%29;//y是奇数情况的处理;
        x=x*x%29;
        y>>=1;//
    }
    return ans;
}
int main()
{
    ll  x,a,b,c;
    while(scanf("%I64d",&x),x)
    {
        a=(powmol(2,2*x+1)-1)%29;
        b=(powmol(3,x+1)-1)*15%29;
        c=(powmol(22,x+1)-1)*18%29;
        printf("%I64d\n",(a*b)%29*c%29);
    }
    return 0;
}
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