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题目链接:https://projecteuler.net/problem=216

题意

求$2\le n \le 5e7$,有多少个$n$满足$t(n)=2n^2-1$是个质数

题解

先令$t[i]=2i^2-1$

从$2$开始枚举,用类似埃式筛的思想,如果$t[i]\gt 1$,则令$t[i+k\times t[i]] /= t[i],t[-i+k\times t[i]] /= t[i]$,如果$t[i]=2i^2-1$,则答案个数加一

上述算法的正确性需要证明几个关于$t(n)=2n^2-1$的性质:

1、若$p\mid t(n)$,则$p|mid t(n+kp)且p\mid t(-n+kp)$

证明: $$ \begin{aligned} t(n+p)-t(n) & =2(n+p)^2-2n^2 \\ & =2p(2n+p) \\ \end{aligned} $$ 若$p\mid t(n)$,又因为$p\mid (t(n+p)-t(n))$,所以有$p\mid t(n+p)$,从而有$p\mid t(n+kp)$

$p\mid t(-n+kp)$同理

2、在上述算法过程中,枚举到i时,$t[i]$要么等于$1$要么是一个质数

证明:

假设$2,3,..,i-1$都满足该性质

对于$i$,反设$t[i]$可以分解为多个质数相乘,$t[i]=p_1,..,p_k\; (k>1)$,记最小的质数为$p$

若$p\lt i$,则一定被$t[i-p]$筛过,矛盾

若$p==i$,显然$i\nmid 2i^2-1$,矛盾

若$i\lt p \lt 2i$,若$p=i+1$,显然$p\nmid 2i^2-1$,否则$i+1\lt p \lt 2i$则一定被$t[-i+p]$筛过,矛盾

若$p\ge 2i$,则存在$q\ge p$,使得$pq \mid 2i^2-1$,但$pq\ge 4i^2$,矛盾

证毕

代码

    rep(i,2,n) a[i] = 2LL*i*i-1;
    rep(i,2,n){
        if(a[i]==2LL*i*i-1) ans++;
        if(a[i]>1){
            ll p = a[i];
            for(ll j=i+p;j<=n;j+=p){
                if(a[j]%p==0) a[j]/=p;
            }
            for(ll j=-i;j<=n;j+=p){
                if(j>0 && a[j]%p==0) a[j]/=p;
            }
        }
    }