莫比乌斯反演的变形。
对 \(\mu(lcm(i,j))\) 变换,易得 \(\mu(lcm(i,j)) = \mu(i)\cdot\mu(j)\cdot \mu(gcd(i,j))\) 。那么有:
\[\begin{split}
\sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{m} \mu(lcm(i,j)) &= \sum_{i=1}^{n}\mu(i) \sum_{j=1}^{m}\mu(j)\cdot \mu(gcd(i,j)) \\
&= \sum_{d=1}^{\min(n,m)}\sum_{i=1}^{n/d}\sum_{j=1}^{m/d}\mu(id)\mu(jd)\mu(d)[gcd(i,j)=1]
\end{split}\]
由于莫比乌斯函数的性质 \(\sum_{d\ |\ n}\mu(d)=[n=1]\) ,我们有:
\[\begin{split}
\text{上式} = \sum_{d=1}^{\min(n,m)}\sum_{d_1 = 1}^{\min(n,m)/d}\sum_{i=1}^{n/dd_1}\sum_{j=1}^{m/dd_1}\mu(idd_1)\mu(jdd_1)\mu(d)\mu(d_1)
\end{split}\]
我们令 \(T = dd_1\) ,有:
\[
\text{上式}=\sum_{T=1}^{\min(n,m)}\sum_{d|T}\sum_{i=1}^{n/T}\sum_{j=1}^{m/T}\mu(iT)\mu(jT)\mu(d)\mu(T/d)
\]
令 \(f(T) = \sum_{d|T} \mu(d)\mu(T/d)\) 。
令 \(g(T,N,M)=\sum_{i=1}^{N}\sum_{j=1}^{M}\mu(iT)\mu(jT)=(\sum_{i=1}^{N}\mu(iT))\cdot(\sum_{j=1}^{M}\mu(jT))\) 。
那么我们有:
\[
\text{上式}=\sum_{T=1}^{\min(n,m)} f(T)\cdot g(T,n/T,m/T)
\]
\(g(T,n/T,m/T)\) 可以在 \(O(n/T+m/T)\) 的时间内计算。
时间复杂度为 \(O(n\log n)\) 。
#include<stdio.h> #include<algorithm> using namespace std; const int maxn = 1000005; int t, n, m, tot; int mu[maxn], check[maxn], prime[maxn]; long long ans, f[maxn]; void init() { mu[1] = 1; tot = 0; for(int i = 2; i <= 1000000; i++){ if(check[i] == 0){ mu[i] = -1; prime[++tot] = i; } for(int j = 1; j <= tot && prime[j] * i <= 1000000; j++){ check[i * prime[j]] = 1; if(i % prime[j] == 0) break; mu[i * prime[j]] = -1 * mu[i]; } } for(int i = 1; i <= 1000000; i++){ for(int j = 1; j * i <= 1000000; j++){ f[i * j] += mu[i] * mu[j]; } } } int main() { init(); for(scanf("%d", &t); t--;){ scanf("%d%d", &n, &m); ans = 0; for(int T = 1; T <= min(n, m); T++){ if(f[T]){ long long g1 = 0, g2 = 0; for(int i = 1; i * T <= n; i++) g1 += mu[i * T]; for(int i = 1; i * T <= m; i++) g2 += mu[i * T]; ans += f[T] * g1 * g2; } } printf("%lld\n", ans); } return 0; }