POJ 3090 Visible Lattice Points 法雷级数

题意：从原点看第一象限里的所有点，能直接看到的点的数目是多少。（不包含原点）

 

法雷级数定义　　R.亨斯贝尔格著李忠翻译的《数学中的智巧》一书，介绍了法雷级数。这里每一行从0/1开始，以1/1结尾，其它数自左至右将所有的真分数按增加顺序排列；第n行是由所有分母小于或等于n的真分数组成，我们称为n阶法雷级数。如下表：

　　F1： 0/1 1/1

　　F2： 0/1 1/2 1/1

　　F3： 0/1 1/3 1/2 2/3 1/1

　　F4： 0/1 1/4 1/3 1/2 2/3 3/4 1/1

　　F5： 0/1 1/5 1/4 1/3 2/5 1/2 3/5 2/3 3/4 4/5 1/1

　　F6：0/1 1/6 1/5 1/4 1/3 2/5 1/2 3/5 2/3 3/4 4/5 5/6 1/1

　　…… ………………………………

　　这里我们想问的是第n行Fn的真分数的个数有多少个呢？

　　我们设Fn的个数为ψ(n), ψ(n)比 ψ(n-1)增加的个数是分母是n，分子比n小且与n互质的数的个数，这正是欧拉函数φ（n）。即

　　ψ(n)=ψ(n-1)+ φ（n）

　　ψ（1）=1+φ（1）

　　ψ（2）=ψ（1）+φ（2）

　　ψ（3）=ψ（2）+φ（3）

　　………………

　　ψ(n)= ψ(n-1)+ φ（n）

　　所以 ψ(n)=1+φ（1）+φ（2）+φ（3）+……+φ（n）很容易证明，当n≥3时，欧拉函数φ（n）是个偶数。由此我们得到除ψ（1）=2是偶数外，法雷级数其它各级的个数都是奇数，并且许多是素数。ψ（1）=2，ψ（2）=3，ψ（3）=5，ψ（4）=7，ψ（5）=11，ψ（6）=13，ψ（7）=19，ψ（8）=23，ψ（9）=29，……。

性质

　　法雷级数Fn具有很多美妙的性质，下面是一些常见的性质：

　　1.如果a/b,c/d是相邻的两项，则abs（a*d-b*c）=1。

　　2.如果a/b,c/d,e/f是相邻的三项，则 (a+e)/(b+f)=c/d，特别的，如果c/d是新添加的，即c/d不属于F（n-1），则c=a+e；d=b+f。

　　性质2对于这个问题至关重要，它的证明可以参见哈代(Hardy)写的数论导引第三章

　　关于Farey级数的介绍。根据这条性质可以知道，丛F（n−1）到F（n）的构造过程中，F（n）的新项的分母一定是其相领两项的分母和。另一方面，如果F（n−1）中的相邻两项 a/b,c/d, b+d=n,则(a+c)/n一定会被添加到F（n）中。

 

#include<cstdio>
#include<cstring>
using namespace std;
#define MAX 1009
int p[MAX], a[MAX], pn;
int eul[MAX];

void prime()
{
    pn = 0;
    memset(a,0,sizeof(a));
    int i, j;
    for ( i = 2; i < MAX; i++ )
    {
        if ( a[i] == 0 ) p[pn++] = i;
        for ( j = 0; j < pn && i * p[j] < MAX && (p[j] <= a[i] || a[i] == 0); j++ )
            a[i*p[j]] = p[j];
    }
}

void Euler_Farey ()
{
    for ( int i = 2; i < MAX; i++ )
    {
        if ( a[i] == 0 )
            eul[i] = i - 1;
        else
        {
            int k = i / a[i];
            if ( k % a[i] == 0 ) eul[i] = eul[k] * a[i];
            else eul[i] = eul[k] * ( a[i] - 1 );
        }
    }

    eul[1] = 1;
    for ( int i = 2; i < MAX; i++ )
        eul[i] += eul[i-1];
}

int main()
{
    int n, t;
    prime();
    Euler_Farey();
    scanf("%d",&t);
    for ( int i = 1; i <= t; i++ )
    {
        scanf("%d",&n);
        printf("%d %d %d\n",i,n,eul[n]*2+1);
    }
    return 0;
}