题目来源:https://uva.onlinejudge.org/index.php?option=com_onlinejudge&Itemid=8&category=3&page=show_problem&problem=42

 Fermat vs. Pythagoras 

Background

Computer generated and assisted proofs and verification occupy a small niche in the realm of Computer Science. The first proof of the four-color problem was completed with the assistance of a computer program and current efforts in verification have succeeded in verifying the translation of high-level code down to the chip level.

This problem deals with computing quantities relating to part of Fermat's Last Theorem: that there are no integer solutions of for n > 2.

The Problem

Given a positive integer N, you are to write a program that computes two quantities regarding the solution of

where xy, and z are constrained to be positive integers less than or equal to N. You are to compute the number of triples (x,y,z) such that x<yz, and they are relatively prime, i.e., have no common divisor larger than 1. You are also to compute the number of values such that p is not part of any triple (not just relatively prime triples).

The Input

The input consists of a sequence of positive integers, one per line. Each integer in the input file will be less than or equal to 1,000,000. Input is terminated by end-of-file.

The Output

For each integer N in the input file print two integers separated by a space. The first integer is the number of relatively prime triples (such that each component of the triple is  ). The second number is the number of positive integers  that are not part of any triple whose components are all  . There should be one output line for each input line.

Sample Input

10
25
100

Sample Output

1 4
4 9
16 27
解题思路:

这是一道数论题,用数学的语言描述就是:x, y, z∈N,给定一个数n,找出所有的x, y, z ≤ n,使得x2 + y2 = z2成立。如果要穷举所有的x, y, z的话,按照题目所给的数据量,肯定是无法在限定时间内完成的。考虑利用毕达哥拉斯数的性质生成所有的x, y, z来解决,数学推导简要介绍如下:

先假定x, y, z两两互质,由于x, y互质,故x, y中至少有1个是奇数。下面用反证法证明x和y中有且只有1个奇数。假定x, y都为奇数,设:

  • x = 2a + 1
  • y = 2b + 1
  • x2 + y2 = (2a + 1)2 + (2b + 1)2 
    = 4(a2 + b2 + a + b) + 2

又因为x2和y2是奇数,则z2是偶数,且必能被4整除,与上式矛盾,因此x, y中只有一个奇数。

假设x为奇数,y为偶数,则z为奇数,2z与2x的最大公因数为2,2z和2x可分别写作

  • 2z = (z + x) + (z - x)
  • 2x = (z + x) - (z - x)

那么跟据最大公因数性质,z + x和z - x的最大公因数也为2,又因为:

  • (z + x)(z - x) = y2,两边同除以4得:
    ((z + x) / 2)((z - x) / 2) = (y / 2)2

故可令:

  • z + x = 2m2, z - x = 2n2
    其中z = m + n, x = m - n(m与n互质)

则有:

  • y2 = z2 - x2 = 2m22n2 = 4m2n2
    即y = 2mn。

综上所述,可得到下式:

  • x = m2 - n2, y = 2mn, z = m2 + n2. (m, n为任意自然数)

这里还有一个问题:题目要求统计(x, y, z)三元组的数量时只统计x,y和z两两互质的的情况,这个问题用上面的算法就可以解决了。但对于统计p的数量,题目并不限定三元组是两两互质的。但是上式不能生成所有x, y, z并不是两两互质的情况。然而假设x与y最大公因数w不为1,则z也必能被w整除,因此w为x, y, z三个数的公因数。归纳总结可知,所有非两两互质的x0, y0, z0都可由一组互质的x, y, z乘以系数得到。根据以上理论就可以快速的求解了。


参考代码:
 #include <cstdio>
#include <cmath>
#include <cstring>
#define N 1000010
bool used[N]; long long gcd(long long a , long long b)
{ return b== ? a: gcd(b,a%b); } int main()
{
long long n,a,b,c;
long long count1,count2;
while(scanf("%lld",&n)!=EOF)
{
count1=count2=;
memset(used,,sizeof(used));
long long m=(long long)sqrt(n+0.5);
for(long long t=; t<=m; t+=)
for(long long s=t+; s*t<=n; s+=)
if(gcd(s,t)==) //s>t>=1且s与t互质
{
a=s*t; //奇数
b=(s*s-t*t)/; //偶数
c=(s*s+t*t)/; //奇数
if(c<=n) //在n范围内的PPT
{
count1++;
//printf("本原勾股数组:%lld %lld %lld\n",a,b,c);
if(!used[a]) { count2++; used[a]=; }
if(!used[b]) { count2++; used[b]=; }
if(!used[c]) { count2++; used[c]=; } for(int j=; c*j<=n; j++) //j是倍数
{
if(!used[a*j]) { count2++; used[a*j]=; }
if(!used[b*j]) { count2++; used[b*j]=; }
if(!used[c*j]) { count2++; used[c*j]=; }
}
}
}
printf("%lld %lld\n",count1,n-count2);
}
return ;
}

UVa 106 - Fermat vs Pythagoras(数论题目)的更多相关文章

  1. Uva 106 - Fermat vs. Pythagoras 解题报告

    数论题,考查了本原勾股数(PPT) 对一个三元组(a,b,c)两两互质 且满足 a2 + b2 = c2 首先有结论 a 和 b 奇偶性不同 c总是奇数(可用反证法证明,不赘述) 设 a为奇数 b为偶 ...

  2. 数论(毕达哥拉斯定理):POJ 1305 Fermat vs. Pythagoras

    Fermat vs. Pythagoras Time Limit: 2000MS   Memory Limit: 10000K Total Submissions: 1493   Accepted: ...

  3. Fermat vs. Pythagoras POJ - 1305 (数论之勾股数组(毕达哥拉斯三元组))

    题意:(a, b, c)为a2+b2=c2的一个解,那么求gcd(a, b, c)=1的组数,并且a<b<c<=n,和不为解中所含数字的个数,比如在n等于10时,为1, 2, 7,9 ...

  4. uva 11246 - K-Multiple Free set(数论)

    题目链接:uva 11246 - K-Multiple Free set 题目大意:给定n,k.求一个元素不大于n的子集,要求该子集的元素尽量多,而且不含两个数满足a∗k=b. 解题思路:容斥原理.f ...

  5. uva 11300 - Spreading the Wealth(数论)

    题目链接:uva 11300 - Spreading the Wealth 题目大意:有n个人坐在圆桌旁,每个人有一定的金币,金币的总数可以被n整除,现在每个人可以给左右的人一些金币,使得每个人手上的 ...

  6. UVA 10622 - Perfect P-th Powers(数论)

    UVA 10622 - Perfect P-th Powers 题目链接 题意:求n转化为b^p最大的p值 思路:对n分解质因子,然后取全部质因子个数的gcd就是答案,可是这题有个坑啊.就是输入的能够 ...

  7. UVA 11426 - GCD - Extreme (II) (数论)

    UVA 11426 - GCD - Extreme (II) 题目链接 题意:给定N.求∑i<=ni=1∑j<nj=1gcd(i,j)的值. 思路:lrj白书上的例题,设f(n) = gc ...

  8. UVA 1426 - Discrete Square Roots(数论)

    UVA 1426 - Discrete Square Roots 题目链接 题意:给定X, N. R.要求r2≡x (mod n) (1 <= r < n)的全部解.R为一个已知解 思路: ...

  9. Uva - 12050 Palindrome Numbers【数论】

    题目链接:uva 12050 - Palindrome Numbers 题意:求第n个回文串 思路:首先可以知道的是长度为k的回文串个数有9*10^(k-1),那么依次计算,得出n是长度为多少的串,然 ...

随机推荐

  1. 伸展树(一)之 图文解析 和 C语言的实现

    概要 本章介绍伸展树.它和"二叉查找树"和"AVL树"一样,都是特殊的二叉树.在了解了"二叉查找树"和"AVL树"之后, ...

  2. 《微信小程序七日谈》- 第三天:玩转Page组件的生命周期

    <微信小程序七日谈>系列文章: 第一天:人生若只如初见: 第二天:你可能要抛弃原来的响应式开发思维: 第三天:玩转Page组件的生命周期: 第四天:页面路径最多五层?导航可以这么玩 前两篇 ...

  3. SQL查询语句去除重复行

    1.存在两条完全相同的纪录 这是最简单的一种情况,用关键字distinct就可以去掉 select distinct * from table(表名) where (条件) 2.存在部分字段相同的纪录 ...

  4. VueJs2.0建议学习路线

    最近VueJs确实火了一把,自从Vue2.0发布后,Vue就成了前端领域的热门话题,github也突破了三万的star,那么对于新手来说,如何高效快速的学习Vue2.0呢. 既然大家会看这篇文章,那么 ...

  5. C#设计模式——桥接模式(Bridge Pattern)

    一.概述在软件开发中,我们有时候会遇上一个对象具有多个变化维度.比如对汽车对象来说,可能存在不同的汽车类型,如公共汽车.轿车等,也可能存在不同的发动机,如汽油发动机.柴油发动机等.对这类对象,可应用桥 ...

  6. css 布局absolute与relative的区别

    absolute:当使用时,表示在文档流中没有实际存在位置(浮动),在不设置任何方位值时,只能按兵不动,当设置了方位值之后,会紧接着去寻找距离最近的能够将它包含住的父级元素,然后进行定位. relat ...

  7. 【iOS】XcodeColors插件与CocoaLumberjack工具

    工欲善其事必先利其器,好的开发者一定是懂得利用工具来提高自己的效率的,Xcode有很多第三方插件可以使用,最近发现一个可以给控制台着色的工具XcodeColors,结合CocoaLumberjack一 ...

  8. scons学习

    http://blog.csdn.net/andyelvis/article/category/948141 http://www.scons.org/doc/production/HTML/scon ...

  9. Linux命令详解之—cat命令

    cat命令的功能是连接文件或标准输入并打印,今天就为大家介绍下Linux中的cat命令. 更多Linux命令详情请看:Linux命令速查手册 Linux 的cat命令通常用来显示文件内容,也可以用来将 ...

  10. 初学Node(四)事件循环

    Node中的事件循环 事件循环是Node的核心,正是因为有了事件循环JS才能够在服务端占有一席之地.JS是一种单线程语言,但是它的执行环境是多线程的在加上JS的事件驱动这一特点,使使JS在执行的过程中 ...