你能不用计算机来计算S=a+(a+1)+(a+2) + ...... + b的解的数目吗?
S=a + (a + 1) + (a + 2) + ...... + b(其中a, b > 0)
现在我们要求,给定一个正整数S,求有多少种不同的<a,b>,使得上述的等式成立。
这个问题很有意思,我猜大家一定想出了比较简单的那个方法了。
方法1:
代码大概是这个样子的:
int sum = 0;
for(int st = 1, ed = 1; ed < S/2;){
if(sum < S){
sum += ed;
ed++;
} else if(sum == S) {
printf("Find a solution: %d %d\n", st, ed);
sum += ed;
ed++;
} else {
sum -= st;
st++;
}
}
这段代码的意思就是利用两个游标进行不断的逼近,终会找到所有的答案。
虽然这种方法简单,但是如果我们手边恰好没有电脑,我们应该怎么算?我们如何用笔算出答案呢?试试S=100。
前天看具体数学,偶然找到了一个非常棒的方法,这个方法怎么就没想到呢?
方法2:
那个方法大概是这个样子:
S=a + (a + 1) + (a + 2) + ...... + b = 1/2 * (a+b)(b-a+1)
2S=(a+b)(b-a+1)=xy
令 x=a+b,y=b-a+1,求得 a=(x-y+1)/2, b = (x+y-1)/2。
因为a,b肯定都是整数,所以有如下结论:x,y奇偶性互反,也就是说,若x是奇数,则y为偶数,若x为偶数,y则为奇数,否则a,b将不会是整数(能想明白么?)。
那么得到了这些信息又有什么用呢?有用,好戏来了。
由上面的结论可知,每一个x,y(满足x,y奇偶性不同)都会得到一个(a,b)对,所以不同的a,b的数目与2S的因子数有关系。那么接下来我们就要找出所有满足条件的x,y。
这个问题又回到了一个老生常谈的整数的质因子分解问题上了。
详情可参考另一篇博客(开灯关灯问题),具体内容这里就不赘述了。下面直接来进行计算。
对2S进行质因数分解得:
2S=2^e[1]*p[2]^e[2]*......*p[m]^e[m]
那么,符合条件的x,y数目就是(e[2]+1)*(e[3]+1)*......*(e[m]+1),这里面没有用到e[1]是因为x,y其中一个是偶数,只要p[2]^e[2]*......*p[m]^e[m]的每个因子与2^e[1]相乘就会得到一个x,y。
接下来举个例子来说一下上面方法的过程吧!
S = 10
2S = 20 = (2^2)*5,所以满足S=a + (a + 1) + (a + 2) + ...... + b的a,b有两组。因为a,b都大于0,所以x>y。
1: x = 5, y = 4 => a = 1 b = 4 即10=1+2+3+4
2: x = 20, y = 1 => a = 10 b= 10. 即10=10
S=15
2S=30=2*3*5,所以满足S=a + (a + 1) + (a + 2) + ...... + b的a,b有4组。
1: x=6, y = 5 => a=1,b=5 即15=1+2+3+4+5
2: x=10,y = 3 => a=4,b=6 即15=4+5+6
3: x=15,y = 2 => a=7,b=8 即15=7+8
4: x=30,y = 1 => a=15,b=15 即15=15
到现在为止,我们都限定x>y,这是由a,b>0推出来的,x-y=(a+b)-(b-a+1)=2a-1>0 => x > y。
假如我们不限制a,b必须都取正数会是神马样子的结果呢?那么很容易,只要调换x,y就会得到不一样的答案。
再拿S=10为例:
1: x = 4, y = 5 => a=0,b=4 即10=0+1+2+3+4
2: x = 1, y = 20 => a=-9,b=10 即10=-9-8-7-......-1-0+1+2+3+......+9+10。
我想大家也看出规律来了,那么当S=15时,我们也很容易写出剩下的四种答案:
1: 15=0+1+2+3+4+5
2: 15=-1-2-3+0+1+2+3+4+5+6
3: 15=-6-5-4-3-2-1+0+1+2+3+4+5+6+7+8
4: 15=-14-13-......+0+1+2+......+14+15。
很简单的质因数分解能解决各种奇妙有趣的问题,真的很有意思。
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