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Kummer's theorem

定理:

Kummer’s theorem 指出,對於給定的非負整數 $n\geq m \geq 0$ 和素數 $p$,則 $v_p\left(C_n^m\right)$ 等於以 $p$ 為基底時 $m$ 加上 $(n - m)$ 的進位次數。

證明:

由於 $C_{n+m}^m$ 所含 $p$ 的幂次為:

\[\begin{align*} &\sum_{i=1}^{\infty}\left[\frac{m+n}{p^i}\right]-\sum_{i=1}^{\infty}\left[\frac{n}{p^i}\right]-\sum_{i=1}^{\infty}\left[\frac{m}{p^i}\right]\\ =&\sum_{i=1}^{\infty}\left[\frac{m+n}{p^i}\right]-\left[\frac{n}{p^i}\right]-\left[\frac{m}{p^i}\right] \end{align*}\]

可以發現:

\[\sum_{i=1}^{\infty}\left[\frac{m+n}{p^i}\right]-\left[\frac{n}{p^i}\right]-\left[\frac{m}{p^i}\right]= \begin{cases} 1\text{在 (i+1) 位發生進位}\\ 0\text{在 (i+1) 位不發生進位} \end{cases}\]

故求和後就是 $m+n$ 在 $p$ 進制下進位的次數。

典例:

2018-2019 9th BSUIR Open Programming Championship. Final C. Partial Sums

首先有

\[A_{k}[i,j]=\left(\sum_{u,v}A_0[u,v]C_{i-u+k-1}^{i-u}C_{j-v+k-1}^{j-v}\right)\mod 2\]

故當 $2^d\geq \max(n, m)$ 時,只有 $A_0[i,j]$ 才有貢獻,故 $2^d$ 必為 $A$ 的一个循環節,故其階(最小循環節)為 $2^t(t\leq d)$。接着暴力枚舉檢驗就好了。

複雜度:$O(nm\log(\max(n,m)))$。

XX Open Cup, Grand Prix of Tokyo E. Count Modulo 2

即求:

\[\begin{align*} &\sum_{i=1}^{k}A_ib_i=S\\ &\sum_{i=1}^{k}b_i=n \end{align*}\]

其中 $b_i\geq 0$ 的情況數的奇偶。根据 Kummer’s theorem,$b_i$ 之或為 $n$ 且 $b_i$ 两两與為 $0$。所以可按位對 $n$ 進行動態規劃。另外記 $\max(A_i)=V$,則第 $i$ 位做完的值必不超過 $V2^i$,且遮裏面祇有 $\mod 2^{i-1}$ 與 $S$ 同餘的狀態有貢獻,所以 $S$ 也拆位同時做,不斷篩去不合法的,然後留給下一次 dp 的狀態就祇有 $O(V)$ 个,最後 $f[0]$ 的奇偶性就是答案。但最後要用 bitset 加速。

複雜度:$O(TKV\log(S)/\omega)$。