传送门

Sol

设 \(f(d)\) 表示 \(d\) 所有约数中第二大的,\(low_d\) 表示 \(d\) 的最小质因子

\[f(d)=\frac{d}{low_d}
\]

那么

\[\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}sgcd^k(i,j)
\]

\[=\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^{n}f^k(gcd(i,j))
\]

\[=\sum_{d=1}^{n}f^k(d)\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}[gcd(i,j)=d]
\]

\[=\sum_{d=1}^{n}f^k(d)\sum_{i=1}^{\lfloor \frac{n}{d}\rfloor}\sum_{j=1}^{\lfloor \frac{n}{d}\rfloor}[gcd(i,j)=1]
\]

\[=\sum_{d=1}^{n}f^k(d)(2\sum_{i=1}^{\lfloor\frac{n}{d}\rfloor}\varphi(i)-1)
\]

可以数论分块,后面的 \(\varphi\) 直接杜教筛

考虑计算

\[\sum_{d=2}^{n}f^k(d)=\sum_{d=2}^{n}\frac{d}{low_d}^k
\]

设 \(p_j\) 表示第 \(j\) 个质数

\(g(x,i)\) 表示 \(2\) 到 \(x\) 之间最小质因子大于等于 \(p_i\) 的或者质数的 \(f\) 的 \(k\) 次方和

\(g'(x,i)\) 表示 \(2\) 到 \(x\) 之间最小质因子大于等于 \(p_i\) 的或者质数的 \(k\) 次方和

设 \(s(i)\) 表示小于等于 \(p_i\) 的质数的 \(k\) 次方和

那么就是要求 \(g(n, 1)\)

\(s\) 直接 \(min25\) 筛

\[g(x,i)=g(x,i+1)+\sum_{e=1}^{p_i^{e+1}\le x}p_i^{k(e-1)}(g'(\lfloor\frac{x}{p_i^{e}}\rfloor,i+1)-s(i)+p_i^{k})
\]

\[g'(x,i)=g'(x,i+1)+\sum_{e=1}^{p_i^{e+1}\le x}p_i^{ke}(g'(\lfloor\frac{x}{p_i^{e}}\rfloor,i+1)-s(i)+p_i^{k})
\]

这里要用到自然幂数和求和,用第二类斯特林数就好了

  1. # include <bits/stdc++.h>
  2. using namespace std;
  3. typedef long long ll;
  4. typedef unsigned int uint;
  5. inline uint Pow(uint x, int y) {
  6. register uint ret = 1;
  7. for (; y; y >>= 1, x = x * x) if (y & 1) ret = ret * x;
  8. return ret;
  9. }
  10. const int maxn(1e6 + 5);
  11. int pr[maxn], tot, k, d, id1[maxn], id2[maxn], cnt, phi[maxn];
  12. uint n, s[55][55], f[maxn], g[maxn], val[maxn], sk[maxn];
  13. uint s1[maxn], s2[maxn], sphi[maxn], sp[maxn];
  14. bitset <maxn> ispr;
  15. inline void Sieve(int mx) {
  16. register int i, j;
  17. for (phi[1] = 1, ispr[1] = 1, i = 2; i <= mx; ++i) {
  18. if (!ispr[i]) pr[++tot] = i, sk[tot] = sk[tot - 1] + Pow(i, k), phi[i] = i - 1;
  19. for (j = 1; j <= tot && pr[j] * i <= mx; ++j) {
  20. ispr[i * pr[j]] = 1;
  21. if (i % pr[j]) phi[i * pr[j]] = phi[i] * (pr[j] - 1);
  22. else {
  23. phi[i * pr[j]] = phi[i] * pr[j];
  24. break;
  25. }
  26. }
  27. }
  28. for (i = 1; i <= mx; ++i) sphi[i] = sphi[i - 1] + phi[i];
  29. }
  30. # define ID(x) ((x) <= d ? id1[x] : id2[n / (x)])
  31. inline uint Sum(uint x) {
  32. register uint i, j, v = 0, t, r, tmp = k <= x ? k : x;
  33. for (i = 1; i <= tmp; ++i) {
  34. t = i + 1, r = s[k][i];
  35. for (j = x - i + 1; j <= x + 1; ++j)
  36. if (t > 1 && j % t == 0) r *= j / t, t = 1;
  37. else r = r * j;
  38. v += r;
  39. }
  40. return v;
  41. }
  42. uint Sumphi(uint x) {
  43. if (x <= d) return sphi[x];
  44. if (sp[ID(x)]) return sp[ID(x)];
  45. register uint ans = (x & 1) ? ((x + 1) >> 1) * x : (x >> 1) * (x + 1), i, j;
  46. for (i = 2; i <= x; i = j + 1) j = x / (x / i), ans -= Sumphi(x / i) * (j - i + 1);
  47. return sp[ID(x)] = ans;
  48. }
  49. int main() {
  50. register uint i, j, e, ans = 0, lst = 0, cur, r, v, tmp, now;
  51. scanf("%u%d", &n, &k), Sieve(d = sqrt(n));
  52. for (i = 1; i <= 50; ++i)
  53. for (s[i][1] = 1, j = 2; j <= i; ++j)
  54. s[i][j] = s[i - 1][j] * j + s[i - 1][j - 1];
  55. for (i = 1; i <= n; i = j + 1) {
  56. val[++cnt] = n / i, j = n / (n / i);
  57. val[cnt] <= d ? id1[val[cnt]] = cnt : id2[n / val[cnt]] = cnt;
  58. f[cnt] = val[cnt] - 1, g[cnt] = Sum(val[cnt]) - 1;
  59. }
  60. for (i = 1; i <= tot && pr[i] * pr[i] <= n; ++i)
  61. for (j = 1; j <= cnt && pr[i] * pr[i] <= val[j]; ++j) {
  62. f[j] -= f[ID(val[j] / pr[i])] - i + 1;
  63. g[j] -= (sk[i] - sk[i - 1]) * (g[ID(val[j] / pr[i])] - sk[i - 1]);
  64. }
  65. for (i = 1; i <= cnt; ++i) s1[i] = f[i], s2[i] = g[i];
  66. for (r = 1; r <= tot && pr[r] * pr[r] <= n; ++r);
  67. for (i = r - 1; i; --i)
  68. for (tmp = sk[i] - sk[i - 1], j = 1; j <= cnt && pr[i] * pr[i] <= val[j]; ++j)
  69. for (cur = e = 1, v = pr[i]; v <= val[j] / pr[i]; ++e, v *= pr[i], cur *= tmp)
  70. now = (s2[ID(val[j] / v)] - sk[i] + tmp) * cur, s1[j] += now, s2[j] += tmp * now;
  71. for (i = 1; i <= n; i = j + 1) {
  72. j = n / (n / i), cur = s1[ID(j)];
  73. ans += (cur - lst) * (Sumphi(n / i) * 2 - 1), lst = cur;
  74. }
  75. printf("%u\n", ans);
  76. return 0;
  77. }

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