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乘法逆元 & hdu 1576 A/B


乘法逆元在除法取模运算中有着广泛的应用。
百度百科:
费马小定理(Fermat Theory)是数论中的一个重要定理,其内容为: 假如p是质数,且Gcd(a,p)=1,那么 a(p-1) ≡1(mod p)。即:假如a是整数,p是质数,且a,p互质(即两者只有一个公约数1),那么a的(p-1)次方除以p的余数恒等于1。
例如:a=5,p=7,满足p是质数,a,p互质的要求,因此有5^6%7=1.  又如:a=8,p=7-->8^6%7=1.
百度百科:
欧拉函数:在数论中,对正整数n,欧拉函数是少于或等于n的数中与n互质的数的数目。φ函数的值  通式:φ(x)=x(1-1/p1)(1-1/p2)(1-1/p3)(1-1/p4)…..(1-1/pn),其中p1, p2……pn为x的所有质因数,x是不为0的整数。φ(1)=1(唯一和1互质的数(小于等于1)就是1本身)。 【注意:每种质因数只一个。比如12的相关互质数有:1,5,7,11。12=2*2*3那么φ(12)=12*(1-1/2)*(1-1/3)=4】。
欧拉函数的通式有容斥原理的影子,这样理解吧。
phi[x]=φ(x).

a^phi(P)=1(mod P)

例如:a=5,p=7 --> 5^6%7=1;   a=8,p=7 --> 8^6%7=1

所以:a^(phi(P)-1) mod P即为a在模P意义下的乘法逆元。



证明乘法逆元的替代作用:(令k是b的乘法逆元)


a*b' mod p =a/b mod p.


过程:


b*b'≡1 (mod p)-->b*b'=p*x+1。


b'=(p*x+1)/b。


把b'代入(a*b') mod p,得:


(a*(p*x+1)/b) mod p


=((a*p*x)/b+a/b) mod p


=((a*p*x)/b) mod p +(a/b) mod p


=(p*(a*x)/b) mod p +(a/b) mod p


因为:p*[(a*x)/b] mod p=0


所以:(a*b') mod p 《--》 (a/b) mod p


转化的理由:


乘法的运算速度会比除法快4倍左右,在现有的Intel指令集中,就属除法指令最慢。


模运算性质:(a+b) % c=(a % c + b % c) %c , (a-b) % c=(a % c - b % c) % c, (a*b) % c=(a % c * b % c) % c,a ^ b % c = ((a % c)^b) % c。遗憾的是除法没有这个性质.


除法取模运算有时得到的结果是错误的(逆元正确)


例子:


a/b mod p 其中a=第一行数,b等于2,p=1e9+7。第二行是a*b'%p,第三行是a/b%p。


56346393


528173200


28173196



452192616


226096308


226096308


求解逆元,有拓展欧几里得和欧拉函数,另外用费马小定理结合快速幂取模同样也能迅速达到目的。
例子:
hdu 1576 A/B: ​​​http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1576​​

Problem Description

要求(A/B)%9973,但由于A很大,我们只给出n(n=A%9973)(我们给定的A必能被B整除,且gcd(B,9973) = 1)。

 


Input

数据的第一行是一个T,表示有T组数据。
每组数据有两个数n(0 <= n < 9973)和B(1 <= B <= 10^9)。

 


Output

对应每组数据输出(A/B)%9973。

 


Sample Input

2 1000 53 87 123456789

 


Sample Output

7922 6060

#include <iostream>
#include<cstdio>
using namespace std;
typedef long long LL;
const LL mod=9973;
LL quick_mod(LL a,LL b){
LL ans=1;
while(b){
if(b&1)ans=ans*a%mod;
a=a*a%mod;
b>>=1;
}
return ans;
}
int main()
{
int t;
cin>>t;
while(t--){
int n,b;
scanf("%d%d",&n,&b);
LL ni=quick_mod(b,mod-2);
printf("%lld\n",n*ni%mod);
}
return 0;
}

如果mod不是质数,或者gcd(b,mod)!=1,那么就需要用欧拉函数或者欧几里得拓展来求解逆元:

欧拉函数的求解:

#include <iostream>
#include<cstdio>
using namespace std;
typedef long long LL;
const LL mod=9973;
LL quick_mod(LL a,LL b){
LL ans=1;
while(b){
if(b&1)ans=ans*a%mod;
a=a*a%mod;
b>>=1;
}
return ans;
}
LL Euler(LL p){
LL ans=p;
for(int i=2;i*i<=p;i++){
if(p%i==0){
while(p%i==0)p/=i;
ans=ans/i*(i-1);
}
}
if(p>1)ans=ans/p*(p-1);
return ans;
}
int main()
{
//freopen("cin.txt","r",stdin);
int t;
cin>>t;
while(t--){
int n,b;
scanf("%d%d",&n,&b);
LL ni=quick_mod(b,Euler(mod)-1);
printf("%lld\n",n*ni%mod);
}
return 0;
}









 


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