取整运算与数论分块

取整运算与数论分块

前言

注意力惊人。

1. 取整运算

取整运算有好多种,各自有不同的符号,下面列举一下:

\(\left \lfloor x \right \rfloor\) ($\left \lfloor x \right \rfloor$) 表示向下取整,也就是把 \(x\) 设为小于等于自己的最大整数,下面是三个例子:

\[\left \lfloor 3.14 \right \rfloor = 3 \\

\left \lfloor -3.14 \right \rfloor =-4\\

\left \lfloor 3 \right \rfloor =3\]

\(\left \lceil x \right \rceil\) ($\left \lceil x \right \rceil$) 表示向上取整,就是把 \(x\) 设为大于等于自己的最小整数,下面是三个例子:

\[\left \lceil 3.14 \right \rceil =4\\

\left \lceil -3.14 \right \rceil =3\\

\left \lceil 3 \right \rceil =3 \]

$\left [ x \right ] $ ($\left [ x \right ] $)一般也是向下取整的意思。

\(\left \{ x \right \}\) ($\left \{ x \right \}$)表示实数 \(x\) 的小数部分,使用时不能与表示集合的花括号混淆,且要注意转义符号 \。

由它的定义易得:

\[\left \{ x \right \} =x-\left \lfloor x \right \rfloor

\]

2. 取整运算的一些性质

拆解取余运算

用这些符号表示一个数:

\[x=\left \lfloor x \right \rfloor + \left \{ x \right \}

\]

小学数学我们学过,被除数 \(x\) 除以另一个不为 \(0\) 的整数除数 \(y\) 会得到一个商和一个可能为 \(0\) 的余数,用这些符号表示一下:

\[\text{商:}\left \lfloor \dfrac{x}{y} \right \rfloor

\]

\[\text{余数:} x\bmod y

\]

根据被除数等于除数乘以商 \(+\) 余数:

\[x=y\left \lfloor \dfrac{x}{y} \right \rfloor + x\bmod y

\]

于是我们可以得出取余运算的一个拆解:

\[x\bmod y=y\left \lfloor \dfrac{x}{y} \right \rfloor - x

\]

许多推式子题目都要用到这种转换,下面我们在数论分块中也要用到。

幂等性

\[\left \lfloor \left \lfloor x \right \rfloor \right \rfloor =\left \lfloor x \right \rfloor \\

\left \lceil \left \lceil x \right \rceil \right \rceil = \left \lceil x \right \rceil \\

\left \{ \left \{ x \right \} \right \} = \left \{ x \right \} \]

人话:做很多次运算等于做一次运算。

对于 \(\left \lfloor \right \rfloor\) 和 \(\left \lceil \right \rceil\),还有:

\[\left \lfloor \left \lceil x \right \rceil \right \rfloor = \left \lceil x \right \rceil \\

\left \lceil \left \lfloor x \right \rfloor \right \rceil =\left \lfloor x \right \rfloor \\\]

人话:只关心最内层取整号的作用。

但是 \(\left \{ \right \}\) 符号没有此性质。

互反律

\[\left \lfloor x \right \rfloor + \left \lceil -x \right \rceil =0\\

\left \lceil x \right \rceil +\left \lfloor -x \right \rfloor =0

\]

由此可以得到:

\[-\left \lfloor x \right \rfloor =\left \lceil -x \right \rceil\\

-\left \lceil x \right \rceil =-\left \lfloor -x \right \rfloor \]

另外还有:

\[\left \lfloor x \right \rfloor + \left \lfloor -x \right \rfloor =\left\{\begin{matrix}

0\ \ \ \ \ \ (x\in \mathbb{Z} ),\\

-1\ \ \ (x \notin \mathbb{Z} ),

\end{matrix}\right. \]

\[\left \lceil x \right \rceil + \left \lceil -x \right \rceil =\left\{\begin{matrix}

0\ \ \ \ \ \ (x\in \mathbb{Z} ),\\

1\ \ \ \ \ \ (x \notin \mathbb{Z} ),

\end{matrix}\right. \]

\[\left \{ x \right \} + \left \{ -x \right \} =\left\{\begin{matrix}

0\ \ \ \ \ \ (x\in \mathbb{Z} ),\\

1\ \ \ \ \ \ (x \notin \mathbb{Z} ),

\end{matrix}\right.\]

与整数的关系

\[x-1<\left \lfloor x \right \rfloor \le x \le \left \lceil x \right \rceil < x+1

\]

提取整数项

\(\forall x\in \mathbb{R},n\in \mathbb{Z}\), 有:

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