单位根反演学习笔记

单位根 ωk1\omega_{k}^{1} 的含义就是对 1-1kk 次根号,ωkd\omega_{k}^d 就是 (ωk1)d(\omega_{k}^1)^d。具体的看 FFT\texttt{FFT} 的内容。

对于单位根反演,有一个等式:

[kd]=1ki=0k1ωkdi[k\vert d]=\frac 1k\sum_{i=0}^{k-1}\omega_k^{di}

考虑证明。

  • d=0modkd\not=0\mod k

用等比数列求和,可以化为 1kωkkd1ωkd1\dfrac1k\dfrac{\omega_k^{kd}-1}{\omega_{k}^d-1}

由于 ωkk=1\omega_{k}^k=1,且 wkd=1w_k^d\not=1,则原式值为 00

  • d=0modkd=0\mod k

由于此时和式内每一个数都是 11,则原式值为 11

然后可以推到下面这个公式

[a=bmodn]=[ab=0modn]=[nab]=1nd=0n1ωnadωnbd\begin{aligned} \text[ a=b\mod n ] &=[a-b=0\mod n]\\ &=[n\vert a-b]\\ &=\frac1n\sum_{d=0}^{n-1}\omega_{n}^{ad}\omega_{n}^{-bd} \end{aligned}

P5591 小猪佩奇学数学

给定 n,p,kn,p,k,求

i=0n(ni)×pi×ikmod998244353\sum_{i=0}^n\binom ni\times p^i\times\lfloor\frac ik\rfloor \mod 998244353

其中,1n,p998244353,k{2w0w20}1\le n,p\le 998244353,k\in\{2^w\vert 0\le w\le 20\}

推柿子。

i=0n(ni)piik=(i=0n(ni)pij=0i1kd=0k1ωkdj)(1+p)n=1kd=0k1i=0n(ni)pij=0iωkdj(1+p)n=1kd=0k1i=0n(ni)piωkd(i+1)1ωkd1(1+p)n=1kd=0k1i=0n(ni)pi(ωkd(i+1)1)ωkd1(1+p)n=1kd=0k1ωkd(1+pωkd)n(1+p)nωkd1(1+p)n\begin{aligned} \sum_{i=0}^n\binom nip^i\lfloor\frac ik\rfloor &=(\sum_{i=0}^n\binom nip^i\sum_{j=0}^i\frac 1k\sum_{d=0}^{k-1}\omega_k^{dj})-(1+p)^n\\ &=\frac1k\sum_{d=0}^{k-1}\sum_{i=0}^n\binom nip^i\sum_{j=0}^i\omega_{k}^{dj}-(1+p)^n\\ &=\frac1k\sum_{d=0}^{k-1}\sum_{i=0}^n\binom nip^i\frac{\omega_k^{d(i+1)}-1}{\omega_{k}^d-1}-(1+p)^n\\ &=\frac1k\sum_{d=0}^{k-1}\frac{\sum\limits_{i=0}^n\dbinom nip^i(\omega_k^{d(i+1)}-1)}{\omega_{k}^d-1}-(1+p)^n\\ &=\frac1k\sum_{d=0}^{k-1}\frac{\omega_k^d(1+p\omega_k^d)^n-(1+p)^n}{\omega_{k}^d-1}-(1+p)^n \end{aligned}

根据单位根的定义,ωk1=gmod1k\omega_{k}^1=g^{\frac{mod-1}{k}}gg 是模数的原根,取 33

还有一个细节,就是你在等比数列求和时,当 d=0d=0,则底下的 ωkd1=0\omega_k^d-1=0,显然是错的,故应该要特判掉 d=0d=0 的情况。

i=0n(ni)pij=0iωkdj=i=0n(ni)pi(i+1)=i=0n(ni)ipi+(1+p)n=i=0n(n1i1)pi1×np+(1+p)n=np×(1+p)n1+(1+p)n\begin{aligned} \sum_{i=0}^n\binom nip^i\sum_{j=0}^i\omega_{k}^{dj} &=\sum_{i=0}^n\binom nip^i(i+1)\\ &=\sum_{i=0}^n\binom niip^i+(1+p)^n\\ &=\sum_{i=0}^n\binom {n-1}{i-1}p^{i-1}\times np+(1+p)^n\\ &=np\times(1+p)^{n-1}+(1+p)^n \end{aligned}

\color{deeppink}代码