e-olymp 1507. История Лаурела-Харди

Задача

Лаурел и Харди — два известных киногероя $50$-ых. Они известны своей разницей в весе, как можно увидеть на картинке. Если Вы еще не разобрались, кто из них кто, то я добавлю, что Лаурел легче. В свои юношеские годы Лаурел и Харди любили играть со странными качелями, и когда качели находились в равновесии, то Харди всегда был у земли. Мы рассмотрим двумерную версию качель.

Качели, которыми пользовались Лаурел и Харди, представляют собой часть окружности радиуса $r$, как показано на картинке (они закрашены серым и имеют вид буквы $D$). Харди сел на точку $B$ (самая правая точка качель), а Лаурел сел на точку $A$ (самая левая точка отрезка $AB$). $d = EF$ — расстояние между центром отрезка $AB$ и дуги $AFB$. То есть $E$ — середина отрезка $AB$, а $F$ — середина дуги $AFB$. $MN$ — основа качель, является горизонтальной прямой. $BD = h_1$ — расстояние от Харди до земли. Вам необходимо найти расстояние от Лаурела до земли (обозначаемое $h_2 = AC$).

Входные данные

Первая строка содержит количество тестов $N (0 < N ≤ 1000)$. Каждая из следующих $N$ строк представляет собой отдельный тест, который имеет следующий формат:

Каждая строка содержит три целых числа $r (10 ≤ r ≤ 100)$, $d (5 ≤ d ≤ r)$, $h_1 (5 ≤ h_1 ≤ d)$. Значение этих чисел приведено выше.

Выходные данные

Для каждого теста в отдельной строке вывести его номер и действительной число — значение $h_2$. Это число должно содержать четыре десятичных знака. Формат вывода приведен в примере.

Тесты

Входные данные Выходные данные
2
10 10 10
10 7 6
Case 1: 10.0000
Case 2: 8.0342
3
12 7 7
11 11 8
54 12 6
Case 1: 7.0000
Case 2: 14.0000
Case 3: 19.7383
5
94 21 12
23 9 8
5 4 3
2 2 1
43 26 20
Case 1: 32.1226
Case 2: 10.0439
Case 3: 5.0440
Case 4: 3.0000
Case 5: 32.4231

Код программы

Решение

Для лучшего понимания решения данной задачи, я построил к ней чертеж, который вы можете видеть сверху. Но прежде чем приступить непосредственно к объяснению решения, я хотел бы обратить внимание на то, что мой рисунок (даже без дополнительных построений) немного отличается от данного нам в условии. Эти различия преднамеренны и метод решения справедлив для обоих рисунков.

В $9$ строке введем число $N$ из входного потока, а в $10$ — запустим цикл, который будет работать $N$ раз. Далее за каждый проход цикла будем читать по $3$ следующих числа из входного потока и выводить на экран номер текущего теста. Перед тем, как идти дальше, разберемся в рисунке. Так как по условию отрезок $EF$ делит сегмент $AFB$ пополам, то по свойствам хорд и дуг окружности, он является частью радиуса $r$ нашей окружности с центром в точке $O$ и перпендикулярен хорде $AB$, что и показано на чертеже. Кроме того, я дорисовал радиусы $OA$ и $OB$ окружности к соответствующим точкам и начертил отрезок $BH$, как продолжение $AB$, от точки $B$ до прямой $MN$. Также, я построил прямоугольный треугольник $\triangle OGB$, в котором катет $OG = r-BD$.
Достроив все необходимые отрезки, легко заметить, что мы имеем прямоугольный треугольник $\triangle ACH$ с катетом $AC$, длину которого нам и нужно найти по условию задачи. Предлагаю сделать это, воспользовавшись формулой $AC = AH \cdot \sin(\angle AHC)$. Найдем значения сомножителей.

Из рисунка очевидно, что $\angle AHC = \angle BHD = \angle EBG = \angle OBG-\angle OBE.$
Сначала найдем $\angle OBG$. Для этого рассмотрим треугольник $\triangle OGB$. Длины его гипотенузы и противолежащего к искомому углу катета нам уже известны, так что можем сразу найти $\angle OBG = \arcsin \frac{OG}{OB}$.
Теперь найдем $\angle OBE$. Рассмотрим прямоугольный треугольник $\triangle OEB$. В нем противолежащий искомому углу катет $OE = r-d$, а гипотенуза $OB = r$. Значит, $\angle OBE = \arcsin \frac{OE}{OB}$.
В итоге остаётся только найти разницу этих углов, которая и будет являться величиной искомого $\angle AHC$. В коде же значение этого угла считается в $13$ строке и присваивается переменной a.

Стоит заметить, что если $\angle OBG-\angle OBE = 0$, то длины отрезков $AC$ и $BD$, очевидно, совпадают. В таком случае можем сразу вывести на экран $h_2 = h_1$, как мы и поступили в $15$ строке, и перейти к нахождению $AC$ уже для следующего тестового случая.

Если же величина $\angle AHC$ отлична от $0$, то нам все еще предстоит посчитать длину гипотенузы $AH$ треугольника $\triangle ACH$. Она состоит из хорды $AB$ и отрезка $BH$.
Сперва найдем длину хорды. Известно, что $OF$ делит ее на $2$ одинаковых по длине отрезка, значит, следует опять рассмотреть треугольник $\triangle OEB$. Длину его гипотенузы и одного из катетов мы уже находили, так что просто применим теорему Пифагора и найдем $EB = \sqrt{OB^2-OE^2}$. Тогда $AB = 2 \cdot EB$.
Для нахождения длины $BH$, рассмотрим треугольник $\triangle BDH$, в котором этот отрезок является гипотенузой. Длину катета $BD$ и величину угла $\angle BHD$ мы уже знаем, значит, можем применить формулу $BH = \frac{BD}{\sin(\angle BHD)}$.
Сложим найденные значения длин хорды $AB$ и отрезка $BH$, чтобы получить $AH$. В коде эта длина находится в $17$ строке и присваивается переменной b.

Теперь остается только подставить найденные значения в ранее приведенную формулу и получить наконец длину $h_2$, которую выведем на экран в $18$ строке.

Ссылки

Условие задачи на e-olymp
Код решения на Ideone

e-olymp 500. Ремонт

Задача

Ваш любимый дядя – директор фирмы, которая делает евроремонты в офисах. В связи с финансово-экономическим кризисом, дядюшка решил оптимизировать свое предприятие.

Давно ходят слухи, что бригадир в дядюшкиной фирме покупает лишнее количество стройматериалов, а остатки использует для отделки своей новой дачи. Ваш дядя заинтересовался, сколько в действительности банок краски необходимо для покраски стены в офисе длиной $L$ метров, шириной $W$ и высотой $H$, если одной банки хватает на $16$ метров квадратных, а размерами дверей и окон можно пренебречь? Заказов много, поэтому дядя попросил написать программу, которая будет все это считать.

Входные данные

В первой строке содержится количество заказов. Описание каждого заказа состоит из трех натуральных чисел $L$, $W$, $H$ — длины, ширины и высоты офиса в метрах соответственно, каждое из которых не превышает $1000$.

Выходные данные

Для каждого заказа выводится в отдельную строку одно число – количество банок краски, необходимых для окраски офиса.

Тесты

 

Входные данные
Выходные данные
$1$
$1$ $1$ $1$
$1$
$3$
$8$ $7$ $10$
$15$ $8$ $4$
$3$ $5$ $4$
$19$
$12$
$4$
$2$
$27$ $88$ $19$
$999$ $999$ $999$
$274$
$249501$

Код программы

Решение задачи

Рассчитаем площадь стен комнаты как сумму площадей $4$ прямоугольников: $$hw + hl + hw + hl = 2hw + 2hl = 2h \cdot (w + l)$$ Теперь, зная площадь стен, рассчитаем количество банок краски. Для этого поделим площадь стен на $16$ и округлим вверх. Для округления вверх можно использовать тернарный условный оператор: если $s$ делится нацело на $16$, то ответ будет $\displaystyle \frac{s}{16}$, в противном случае – $\displaystyle \frac{s}{16} + 1$ (деление переменной int – целочисленное). Так как в задаче необходимо обрабатывать несколько таких примеров подряд, то все вычисления взяты в цикл от $0$ до $r$ (название переменной $r$ в самой задаче не указано, оно выбрано произвольно).

Ссылки

Условие задачи на e-olymp
Код решения на ideone.com

e-olymp 3843. Простые

Задача

Пусть $m$ и $n$ $\left(2 ≤ m < n ≤ 107\right)$ — целые числа. Рассмотрим следующее множество:

Prime $\left(m, n\right) = \lbrace{ p | p\;простое, m ≤ p ≤ n \rbrace}$.

Вычислить мощность множества Prime$\left(m, n\right)$.

Входные данные

Состоит из нескольких тестов. Два последовательных теста разделены пустой строкой. Для каждого теста в отдельной строке заданы числа $m$ и $n$.

Выходные данные

Для каждого теста вывести результат в отдельной строке. Результаты соседних тестов разделять пустой строкой. Для каждого теста вывести мощность множества Prime$\left(m, n\right)$.

Тесты

Входные данные Выходные данные
2    20

70    110

5    150

8

10

33

7    2056

14    181

27    367

307

36

64

77    777

55    555

33    333

116

85

56

Код решения

 

Решение

Для решения этой задачи требуется завести большой массив типа bool и присвоить ему значение true. Затем проверяется, простое ли число, если это не так, то присваиваем значение false.
Затем нужно последовательно сосчитать мощность каждого множества простых чисел, то есть количество простых чисел от n до m, с помощью массива-счётчика: записывается в него прошлые и последующие элементы множества простых чисел.
После этого в цикле задаются нужные значения, считается ответ и выводится.

Условие задачи на e-olymp.com
Код решения на ideone.com

e-olymp 97. Числа Белла

Задача

Число Белла [latex]B_n[/latex] равно количеству разбиений множества из [latex]n[/latex] элементов на произвольное количество непересекающихся непустых подмножеств. Например, [latex]B_3 = 5[/latex], так как существует [latex]5[/latex] возможных разбиений множества [latex]\lbrace a, b, c\rbrace[/latex]: [latex]\lbrace\lbrace a\rbrace, \lbrace b\rbrace, \lbrace c\rbrace\rbrace, \lbrace\lbrace a, b\rbrace, \lbrace c\rbrace\rbrace, \lbrace\lbrace a, c\rbrace, \lbrace b\rbrace\rbrace, \lbrace\lbrace a\rbrace, \lbrace b, c\rbrace\rbrace, \lbrace\lbrace a, b, c\rbrace\rbrace[/latex]. Дополнительно считаем, что [latex]B_0 = 1[/latex].
Рассмотрим определитель [latex]D_n[/latex]:
$$D_n = \begin{vmatrix}
B_0& B_1& B_2&\ldots& B_n\\
B_1& B_2& B_3&\ldots& B_{n+1}\\
\ldots& \ldots& \ldots& \ldots& \ldots\\
B_n& B_{n+1}& B_{n+2}&\ldots& B_{2n}
\end{vmatrix}$$
Для заданного простого числа [latex]p[/latex] найти наибольшее целое [latex]k[/latex], для которого [latex]D_n[/latex] делится на [latex]p^k[/latex].

Входные данные

Каждая строка ввода содержит два целых числа [latex]n[/latex] и [latex]p[/latex] ( [latex]\;0\leq\; n,\;p \;\leq\; 10000[/latex] ). Известно, что [latex]p[/latex] – простое.

Выходные данные

Для каждой пары входных значений [latex]n[/latex] и [latex]p[/latex] в отдельной строке выведите наибольшее целое [latex]k[/latex], для которого [latex]D_n[/latex] делится на [latex]p^k[/latex].

Тесты

Входные данные Выходные данные
1 5
3 2
4 2
4 3
10000 3
0
2
5
2
24962375
18 2
465 1009
9998 9221
548 11
134
0
778
14412
1093 1093
1103 1723
3931 617
4868 6113
9534 71
1
0
10635
0
639989
617 17
42 11
0 5
11295
63
0

Код программы

 

Решение

Числа Белла обладают интересным свойством:
$$D_n = \begin{vmatrix}
B_0& B_1& B_2&\ldots& B_n\\
B_1& B_2& B_3&\ldots& B_{n+1}\\
\ldots& \ldots& \ldots& \ldots& \ldots\\
B_n& B_{n+1}& B_{n+2}&\ldots& B_{2n}
\end{vmatrix} = \prod_{i=1}^n i! $$

Воспользуемся этим свойством для решения данной задачи. Найдём степень числа [latex]p[/latex] в разложении  на простые множители. Для этого узнаем степень вхождения этого числа в каждый из факториалов. Суммой полученных значений и будет являться искомое число [latex]k[/latex].

Ссылки

Условия задачи на e-olymp
Код задачи на ideone
Число Белла на wikipedia

e-olymp 1154. Кружок хорового пения

Задача

В некотором учебном заведении функционирует кружок хорового пения. Начало кружка всегда происходит единообразно: по сигналу руководителя кружка все [latex]N[/latex] участников становятся в круг и каждый [latex]M[/latex]-й для распевки поёт гамму.

Руководитель кружка заметил, что размять голосовые связки не всегда удаётся всем участникам кружка. По заданным [latex]N[/latex] и [latex]M[/latex] помогите ему определить, или в очередной раз в разминке примут участие все участники хора.

Входные данные

Входные данные состоят из нескольких тестовых случаев. Каждый тестовый случай расположен в отдельной строке и содержит два целых числа [latex]N[/latex] и [latex]M[/latex]. ([latex]1 ≤ N, M ≤ 103[/latex]).

Выходные данные

Для каждого тестового случая в отдельной строке выведите «YES», если в разминке примут участие все участники хора, в противном случае выведите «NO».

Тесты

Входные данные Выходные данные
1000 1000
1 1
NO
YES
2 5
3 7
14 15
49 37
YES
YES
YES
YES
14 16
891 6
441 9
777 111
NO
NO
NO
NO
4 1
6 3
YES
NO

Решение задачи

Пусть у нас есть [latex]N[/latex] певцов. Пронумеруем их по порядку от [latex]0[/latex] до [latex]N — 1[/latex]. Распевается каждый [latex]M[/latex]-й. И пусть НОД ([latex]M, N) = k \geq 2[/latex]. Тогда, например, [latex]k — 1[/latex]-ый певец никогда не распоется. На рисунке ниже приведен пример. [latex]6[/latex] певцов,  распевается каждый [latex]2[/latex], начиная из верхнего левого угла при смене по часовой стрелке. Переливающимся кружочком обозначен поющий в данный момент певец.


Докажем, что если [latex]M[/latex] и [latex]N[/latex] взаимно просты, то все участники распоются. Для начала заметим, что при [latex]i[/latex]-ой смене (где [latex]i[/latex] некоторое натуральное число) очередь вернется к участнику, с которого распевка начиналась,то есть смена циклическая. Поскольку НОД ([latex]M, N) = 1 [/latex], то НОК ([latex]M, N) = M*N [/latex], то есть распевающий сменится [latex]N[/latex] раз для завершения цикла. Покажем, что ни один из певцов не споет более [latex]1[/latex] раза. Пусть есть некоторый [latex]k[/latex]-ый распевающий, очередь которого наступила более [latex]1[/latex] раза за время цикла. Однако, как и для первого распевающего, очередь для [latex]k[/latex] наступит через [latex]N[/latex] смен, то есть после завершения цикла. Получили опровержение. Значит каждый распоется не более [latex]1[/latex] раза. Теперь, учитывая количество смен, получим, что каждый распоется ровно [latex]1[/latex] раз. В случае, когда НОД ([latex]M, N) \geq 2 [/latex] получим, что за цикл распоется менее, чем [latex]N[/latex] участников хора.

 

Ссылки

Условие задачи на сайте  E-Olymp

код задачи на Ideone

e-olymp 1128. Проблема Лонги

Задача

Лонги хорошо разбирается в математике, он любит задумываться над трудными математическими задачами, которые могут быть решены при помощи некоторых изящных алгоритмов. И вот такая задачка возникла:
Дано целое число [latex]n[/latex] [latex](1 < n < 231)[/latex], Вы должны вычислить [latex]\sum\limits_{i=1}^n gcd [/latex] для всех [latex] 1 ≤ i ≤ n[/latex].
"О, я знаю, я знаю!" — воскликнул Лонги! А знаете ли Вы? Пожалуйста, решите её.

Входные данные

Каждая строка содержит одно число [latex]n[/latex].

Выходные данные

Для каждого значения [latex]n[/latex] следует вывести в отдельной строке сумму [latex]\sum\limits_{i=1}^n gcd [/latex] для всех [latex] 1 ≤ i ≤ n[/latex].

Тесты

Входные данные Выходные данные
[latex]2[/latex] [latex]6[/latex] $3$
$15$
[latex]1[/latex] [latex]50[/latex] [latex]100[/latex] $1$
$195$
$520$
[latex]7[/latex] [latex]4791[/latex] [latex]12345678[/latex] [latex]478900[/latex] $13$
$15965$
$170994915$
$4980040$
[latex]123[/latex] [latex]7777[/latex] [latex]157423949[/latex] [latex]904573[/latex] $2147483648$ $405$
$54873$
$613124817$
$1809145$
$35433480192$

Код программы

Решение задачи

Согласно свойству НОД, если некоторые числа [latex]a_1[/latex] и [latex]a_2[/latex] взаимно просты, то [latex]\gcd \left(a_1 \cdot a_2, c\right) = \gcd \left(a_1, c\right) \cdot \gcd \left(a_2, c\right)[/latex], где [latex]c[/latex] — некоторая константа. Если же вместо [latex]c[/latex] взять [latex]i[/latex] ([latex] 1 ≤ i ≤ a_1 \cdot a_2[/latex]) и просуммировать по [latex]i[/latex] обе части равенства, получим:
[latex]\sum\limits_{i=1}^{a_1 \cdot a_2} \gcd \left(a_1 \cdot a_2, i\right) = \sum\limits_{i=1}^{a_1 \cdot a_2} \left(\gcd \left(a_1, i\right) \cdot \gcd \left(a_2, i\right)\right) = \sum\limits_{i=1}^{a_1} \gcd \left(a_1, i\right) \cdot \sum\limits_{i=1}^{a_2} \gcd \left(a_2, i\right)[/latex].
Значит мы можем данное число представить как произведение простых в некоторых степенях. Эти числа, очевидно, будут взаимно простыми, из чего следует возможность применения данного свойства и последующего суммирования по [latex]i[/latex].
Теперь докажем, что для любого простого числа [latex]p[/latex] в степени [latex]a\geqslant 1[/latex] верно следующее равенство:
[latex]\sum\limits_{i=1}^{p^a} \gcd\left(p^a, i\right) = \left(a + 1\right)\cdot p^a — a \cdot p^{a-1} [/latex].
Обозначим $\sum\limits_{i=1}^{r} \gcd\left(r, i\right)$ как $g\left(r\right)$.
База индукции:
[latex]a = 1[/latex]:
$$g\left(p\right) = \gcd\left(p, 1\right) + \gcd\left(p, 2\right) + \ldots + \gcd\left(p, p\right) = \left(p — 1 \right) + p = 2 \cdot p — 1.$$
Если [latex]a = 2[/latex]:
$$g\left(p^{2}\right) = \gcd\left(p^{2}, 1\right) + \gcd\left(p^{2}, 2\right) + \ldots + \gcd\left(p^{2}, p\right) + \gcd\left(p^{2}, p + 1\right) + \ldots + \\ + \gcd\left(p^{2}, 2 \cdot p\right) + \ldots + \gcd\left(p^{2}, p^{2}\right) = 1 + 1 + \ldots + p + 1 + \ldots + p + \ldots + p^{2} = \\ = \left( p^{2} — p \right) + p \cdot \left( p — 1 \right) + p^{2} = 3 \cdot p^{2} — 2\cdot p.$$
Для любых $a \geqslant 2$:
$$g\left(p^{a}\right) = \sum\limits_{j=1}^{p^{a-1}} \gcd\left(p^a, j\right) + \sum\limits_{j=p^{a — 1} + 1}^{p^{a} — 1} \gcd\left(p^a, j\right) + p^{a} =g\left(p^{a — 1}\right) + p^{a} + \\ + \sum\limits_{j=p^{a — 1} + 1}^{p^{a} — 1} \gcd\left(p^a — 1, j\right).$$
Причем:
$$\sum\limits_{j=p^{a — 1} + 1}^{p^{a} — 1} \gcd\left(p^a — 1, j\right) = \sum\limits_{j=1}^{p^{a} — p^{a-1} — 1} \gcd\left(p^{a — 1}, j\right) = \\ = \sum\limits_{j=1}^{p^{a} — p^{a-1}} \gcd\left(p^{a — 1}, j\right) — p^{a — 1} = \left( p — 1\right)\cdot g\left(p^{a-1}\right) — p^{a-1}.$$
Откуда следует:
$$g\left(p^{a}\right) = p^{a} — p^{a-1} + p\cdot g\left(p^{a-1}\right).$$
Предположение индукции:
Пусть [latex]a = b[/latex]:
$$g\left(p^{b}\right) = \left(b + 1\right) \cdot p^b — b \cdot p^{b-1}.$$
Шаг индукции:
Пусть [latex]a = b + 1[/latex]:
$$g\left(p^{b + 1}\right) = p^{b + 1} — p^{b} + p\cdot g\left(p^{b}\right) = p^{b + 1} — p^{b} + p\cdot \left[\left(b+1\right) \cdot p^{b} + b\cdot p^{b-1}\right] = \\ = \left(b + 2\right)\cdot p^{b+1} — \left(b + 1\right)\cdot p^{b}.$$

Ссылки

Условие задачи на e-olymp
Код решения