jzoj100027. 【NOIP2017提高A组模拟7.7】表达式

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Description

在这里插入图片描述

Input

一行两个整数k,p。

Output

一行一个整数表示答案。

Sample Input

1 3

Sample Output

6

Data Constraint

对于20%的数据: k p < = 1 0 5 k*p<=10^5
对于另外20%的数据 k = 1 k=1
对于70%的数据: k p < = 1 0 9 k*p<=10^9
对于100%的数据: k , p < = 1 0 9 k,p<=10^9

题解

这题一看就是一道不友好的题。
前%40暴力+打表
%70题解说:发挥人类智慧。
然而并不会做
%100
解法一:简单自然的找规律,可以发现一些周期或是别的神奇的东东。
解法二:推式子。
我们看到题目要求:
i = 1 k p i 2 p 1 m o d p 2 \sum_{i=1}^{k*p}i^{2*p-1} mod p^2
放在前面:我们要推一个前置知识。
二项式展开:
( a + b ) n = i = 0 n C n i a n i b i (a+b)^n=\sum_{i=0}^{n}C_{n}^{i}*a^{n-i}*b^i

然后我们要证明:
i = 1 p 1 i 2 p 1 p ( p + 1 ) / 2 ( m o d p 2 ) \sum_{i=1}^{p-1}i^{2p-1}\equiv p(p+1)/2(mod p^2)
过程:
i = 1 p 1 i 2 p 1 + i = 1 p 1 i 2 p 1 p ( p + 1 ) ( m o d p 2 ) \sum_{i=1}^{p-1}i^{2p-1}+\sum_{i=1}^{p-1}i^{2p-1}\equiv p(p+1)(modp^2)

i = 1 p 1 i 2 p 1 + i = 1 p 1 ( p i ) 2 p 1 p ( p + 1 ) ( m o d p 2 ) \sum_{i=1}^{p-1}i^{2p-1}+\sum_{i=1}^{p-1}{(p-i)}^{2p-1}\equiv p(p+1)(modp^2)

i = 1 p 1 i 2 p 1 + ( p i ) 2 p 1 p ( p + 1 ) ( m o d p 2 ) \sum_{i=1}^{p-1}{i}^{2p-1}+{(p-i)}^{2p-1}\equiv p(p+1)(modp^2)

i = 1 p 1 i 2 p 1 j = 0 2 p 1 C 2 p 1 j ( i ) 2 p 1 j p j p ( p + 1 ) ( m o d p 2 ) \sum_{i=1}^{p-1}{i}^{2*p-1}-\sum_{j=0}^{2p-1}C_{2p-1}^j*(-i)^{2p-1-j}*p^{j}\equiv p(p+1)(modp^2)

由于当j>=2时,后面的式子是没有用的“ j = 0 2 p 1 C 2 p 1 j ( i ) 2 p 1 j p j \sum_{j=0}^{2p-1}C_{2p-1}^j*(-i)^{2p-1-j}*p^{j} ”(模意义下)
所以设后面的式子值为:S
当j=0时 S = 1 1 i 2 p 1 S=-1*1*i^{2p-1}
当j=1时 S = ( 2 p 1 ) i 2 p 2 p S=(2p-1)*i^{2p-2}*p
得到:
i = 1 p 1 i 2 p 1 i 2 p 1 + ( 2 p 1 ) p i 2 p 2 p ( p + 1 ) ( m o d p 2 ) \sum_{i=1}^{p-1}{i}^{2p-1}-i^{2p-1}+(2p-1)*p*i^{2p-2}\equiv p(p+1)(modp^2)

i = 1 p 1 ( 2 p 1 ) p i 2 p 2 p ( p + 1 ) ( m o d p 2 ) \sum_{i=1}^{p-1}(2p-1)*p*i^{2p-2}\equiv p(p+1)(modp^2)

i = 1 p 1 ( 2 p 1 ) i 2 p 2 p + 1 ( m o d p ) \sum_{i=1}^{p-1}(2p-1)*i^{2p-2}\equiv p+1(modp) (由于两边同时除p,模数也要除p)

因为费马小定理: a p 1 1 ( m o d p ) ( p ) a^{p-1}\equiv 1 (mod p)(p为质数)

所以 i 2 p 2 = i 2 ( p 1 ) = ( i 2 ) p 1 1 ( m o d p ) i^{2p-2}=i^{2(p-1)}={(i^2)}^{p-1}\equiv 1(modp)

所以原来就变成了:
i = 1 p 1 2 p 1 p + 1 ( m o d p ) \sum_{i=1}^{p-1}2p-1\equiv p+1(modp)

( p 1 ) ( 2 p 1 ) p + 1 ( m o d p ) (p-1)(2p-1)\equiv p+1(mod p) (去掉西格玛)

2 p 2 4 p + 1 1 ( m o d p ) 2p^2-4p+1\equiv 1(mod p) (拆出来)
由于是模p意义下,所以变成了: 1 1 ( m o d p ) 1\equiv1(mod p)
得证。
那么回到题目:
i = 1 k p i 2 p 1 m o d p 2 \sum_{i=1}^{kp}i^{2p-1} mod p^2

i = 1 k j = 1 p [ ( i 1 ) p + j ] 2 p 1 m o d p 2 \sum_{i=1}^{k}\sum_{j=1}^{p}[(i-1)*p+j]^{2p-1} mod p^2 (拆开西格玛)
我们发现,可以把(i-1)在前面西格玛替换一下,而且由于j=p时, m o d p 2 modp^2 为0
所以变成:
i = 0 k 1 j = 1 p 1 ( i p + j ) 2 p 1 m o d p 2 \sum_{i=0}^{k-1}\sum_{j=1}^{p-1}(i*p+j)^{2p-1} mod p^2
熟悉的二项式展开:
i = 0 k 1 j = 1 p 1 [ j 2 p 1 + ( 2 p 1 ) i p j 2 p 2 ] m o d p 2 \sum_{i=0}^{k-1}\sum_{j=1}^{p-1}[j^{2p-1}+(2p-1)*i*p*j^{2p-2}] mod p^2
整理一下:
i = 0 k 1 j = 1 p 1 j 2 p 1 + i = 0 k 1 i j = 1 p 1 ( 2 p 1 ) j 2 p 2 p ( m o d p 2 ) \sum_{i=0}^{k-1}\sum_{j=1}^{p-1}j^{2p-1}+\sum_{i=0}^{k-1}*i*\sum_{j=1}^{p-1}(2p-1)*j^{2p-2}*p (mod p^2)
左边可以根据上面证明:得 i = 0 k 1 p ( p + 1 ) / 2 = k p ( p + 1 ) / 2 \sum_{i=0}^{k-1}p(p+1)/2=kp(p+1)/2
右边可以根据上面证明过程中的结论化简,得:
i = 0 k 1 i p ( p + 1 ) = k ( k 1 ) p ( p + 1 ) / 2 \sum_{i=0}^{k-1}*i*p*(p+1)=k*(k-1)*p*(p+1)/2
那么答案就是: k p ( p + 1 ) / 2 + k ( k 1 ) p ( p + 1 ) / 2 ( m o d p 2 ) kp(p+1)/2+k*(k-1)*p*(p+1)/2( mod p^2)
化简: k 2 p ( p + 1 ) / 2 ( m o d p 2 ) k^2*p*(p+1)/2(mod p^2)
用快(gui)速乘解决即可。

var
        i,j,k,l,n,m:longint;
        p,q,ans,answer,mo:int64;
function tsm(a,b:int64):int64;
var
        i,j,k,l:int64;
begin
        l:=0;
        while b>0 do
        begin
                if b and 1>0 then l:=(l+a) mod mo;
                b:=b div 2;
                a:=(a*2) mod mo;
        end;
        exit(l);
end;
begin
        readln(q,p);
        mo:=p*p;
        writeln(tsm(tsm(tsm(q,q),p),(p+1) div 2));
end.

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