求:
\(S(n,m)=\sum\limits_{i=1}^{n}\sum\limits_{j=1}^{m}lcm(i,j)\)
显然:
\(S(n,m)=\sum\limits_{i=1}^{n}\sum\limits_{j=1}^{m}\frac{ij}{gcd(i,j)}\)
枚举g:
\(S(n,m)=\sum\limits_{g=1}^{n}\frac{1}{g}\sum\limits_{i=1}^{n}\sum\limits_{j=1}^{m}ij[gcd(i,j)==g]\)
除以g:
\(S(n,m)=\sum\limits_{g=1}^{n}g\sum\limits_{i=1}^{\lfloor\frac{n}{g}\rfloor}\sum\limits_{j=1}^{\lfloor\frac{m}{g}\rfloor}ij[gcd(i,j)==1]\)
记:
\(S_1(n,m)=\sum\limits_{i=1}^{n}\sum\limits_{j=1}^{m}ij[gcd(i,j)==1]\)
原式:
\(S(n,m)=\sum\limits_{g=1}^{n}gS_1(\lfloor\frac{n}{g}\rfloor,\lfloor\frac{m}{g}\rfloor)\)
化简\(S_1(n,m)\),显然:
\(S_1(n,m)=\sum\limits_{i=1}^{n}\sum\limits_{j=1}^{m}ij\sum\limits_{k|gcd(i,j)}\mu(k)\)
枚举k:
\(S_1(n,m)=\sum\limits_{k=1}^{min}\mu(k)\sum\limits_{i=1}^{n}\sum\limits_{j=1}^{m}ij[k|gcd(i,j)]\)
显然:
\(S_1(n,m)=\sum\limits_{k=1}^{min}\mu(k)\sum\limits_{i=1}^{n}\sum\limits_{j=1}^{m}ij[k|i][k|j]\)
这种时候可以除以k:
\(S_1(n,m)=\sum\limits_{k=1}^{min}\mu(k)k^2\sum\limits_{i=1}^{\lfloor\frac{n}{k}\rfloor}\sum\limits_{j=1}^{\lfloor\frac{m}{k}\rfloor}ij[1|i][1|j]\)
即:
\(S_1(n,m)=\sum\limits_{k=1}^{min}\mu(k)k^2\sum\limits_{i=1}^{\lfloor\frac{n}{k}\rfloor}\sum\limits_{j=1}^{\lfloor\frac{m}{k}\rfloor}ij\)
记:
\(S_2(n,m)=\sum\limits_{i=1}^{n}\sum\limits_{j=1}^{m}ij\)
原式:
\(S_1(n,m)=\sum\limits_{k=1}^{min}\mu(k)k^2S_2(\lfloor\frac{n}{k}\rfloor,\lfloor\frac{m}{k}\rfloor)\)
显然:
\(S_2(n,m)=\sum\limits_{i=1}^{n}i\sum\limits_{j=1}^{m}j\)
即:
\(S_2(n,m)=\frac{1}{4}n(n+1)m(m+1)\)
时间复杂度:
求\(S_2(n,m)\)是\(O(1)\),分块求\(S_1(n,m)\)是\(O(n^{\frac{1}{2}})\)(大概),分块求\(S(n,m)\)是\(O(n)\)(大概)。
还需要线性筛出:\(\sum\limits_{k=1}^{min}\mu(k)k^2\)