CSP-J 2023 T3 一元二次方程

news2024/12/29 13:36:07

文章目录

  • 题目
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    • 输入格式
    • 输出格式
    • 样例 #1
      • 样例输入 #1
      • 样例输出 #1
    • 提示
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    • 思路
    • 总代码
  • 提交结果
  • 尾声

题目

题目背景

众所周知,对一元二次方程 a x 2 + b x + c = 0 , ( a ≠ 0 ) ax ^ 2 + bx + c = 0, (a \neq 0) ax2+bx+c=0,(a=0),可以用以下方式求实数解:

  • 计算 Δ = b 2 − 4 a c \Delta = b ^ 2 - 4ac Δ=b24ac,则:
    1. Δ < 0 \Delta < 0 Δ<0,则该一元二次方程无实数解。
    2. 否则 Δ ≥ 0 \Delta \geq 0 Δ0,此时该一元二次方程有两个实数解 x 1 , 2 = − b ± Δ 2 a x _ {1, 2} = \frac{-b \pm \sqrt \Delta}{2a} x1,2=2ab±Δ

例如:

  • x 2 + x + 1 = 0 x ^ 2 + x + 1 = 0 x2+x+1=0 无实数解,因为 Δ = 1 2 − 4 × 1 × 1 = − 3 < 0 \Delta = 1 ^ 2 - 4 \times 1 \times 1 = -3 < 0 Δ=124×1×1=3<0
  • x 2 − 2 x + 1 = 0 x ^ 2 - 2x + 1 = 0 x22x+1=0 有两相等实数解 x 1 , 2 = 1 x _ {1, 2} = 1 x1,2=1
  • x 2 − 3 x + 2 = 0 x ^ 2 - 3x + 2 = 0 x23x+2=0 有两互异实数解 x 1 = 1 , x 2 = 2 x _ 1 = 1, x _ 2 = 2 x1=1,x2=2

在题面描述中 a a a b b b 的最大公因数使用 gcd ⁡ ( a , b ) \gcd(a, b) gcd(a,b) 表示。例如 12 12 12 18 18 18 的最大公因数是 6 6 6,即 gcd ⁡ ( 12 , 18 ) = 6 \gcd(12, 18) = 6 gcd(12,18)=6

题目描述

现在给定一个一元二次方程的系数 a , b , c a, b, c a,b,c,其中 a , b , c a, b, c a,b,c 均为整数且 a ≠ 0 a \neq 0 a=0。你需要判断一元二次方程 a x 2 + b x + c = 0 a x ^ 2 + bx + c = 0 ax2+bx+c=0 是否有实数解,并按要求的格式输出。

在本题中输出有理数 v v v 时须遵循以下规则:

  • 由有理数的定义,存在唯一的两个整数 p p p q q q,满足 q > 0 q > 0 q>0 gcd ⁡ ( p , q ) = 1 \gcd(p, q) = 1 gcd(p,q)=1 v = p q v = \frac pq v=qp

  • q = 1 q = 1 q=1则输出 {p},否则输出 {p}/{q},其中 {n} 代表整数 n n n 的值;

  • 例如:

    • v = − 0.5 v = -0.5 v=0.5 时, p p p q q q 的值分别为 − 1 -1 1 2 2 2,则应输出 -1/2
    • v = 0 v = 0 v=0 时, p p p q q q 的值分别为 0 0 0 1 1 1,则应输出 0

对于方程的求解,分两种情况讨论:

  1. Δ = b 2 − 4 a c < 0 \Delta = b ^ 2 - 4ac < 0 Δ=b24ac<0,则表明方程无实数解,此时你应当输出 NO

  2. 否则 Δ ≥ 0 \Delta \geq 0 Δ0,此时方程有两解(可能相等),记其中较大者为 x x x,则:

    1. x x x 为有理数,则按有理数的格式输出 x x x

    2. 否则根据上文公式, x x x 可以被唯一表示为 x = q 1 + q 2 r x = q _ 1 + q _ 2 \sqrt r x=q1+q2r 的形式,其中:

      • q 1 , q 2 q _ 1, q _ 2 q1,q2 为有理数,且 q 2 > 0 q _ 2 > 0 q2>0
      • r r r 为正整数且 r > 1 r > 1 r>1,且不存在正整数 d > 1 d > 1 d>1 使 d 2 ∣ r d ^ 2 \mid r d2r(即 r r r 不应是 d 2 d ^ 2 d2 的倍数);

    此时:

    1. q 1 ≠ 0 q _ 1 \neq 0 q1=0,则按有理数的格式输出 q 1 q _ 1 q1,并再输出一个加号 +
    2. 否则跳过这一步输出;

    随后:

    1. q 2 = 1 q _ 2 = 1 q2=1,则输出 sqrt({r})
    2. 否则若 q 2 q _ 2 q2 为整数,则输出 {q2}*sqrt({r})
    3. 否则若 q 3 = 1 q 2 q _ 3 = \frac 1{q _ 2} q3=q21 为整数,则输出 sqrt({r})/{q3}
    4. 否则可以证明存在唯一整数 c , d c, d c,d 满足 c , d > 1 , gcd ⁡ ( c , d ) = 1 c, d > 1, \gcd(c, d) = 1 c,d>1,gcd(c,d)=1 q 2 = c d q _ 2 = \frac cd q2=dc,此时输出 {c}*sqrt({r})/{d}

    上述表示中 {n} 代表整数 {n} 的值,详见样例。

    如果方程有实数解,则按要求的格式输出两个实数解中的较大者。否则若方程没有实数解,则输出 NO

输入格式

输入的第一行包含两个正整数 T , M T, M T,M,分别表示方程数和系数的绝对值上限。

接下来 T T T 行,每行包含三个整数 a , b , c a, b, c a,b,c

输出格式

输出 T T T 行,每行包含一个字符串,表示对应询问的答案,格式如题面所述。

每行输出的字符串中间不应包含任何空格

样例 #1

样例输入 #1

9 1000
1 -1 0
-1 -1 -1
1 -2 1
1 5 4
4 4 1
1 0 -432
1 -3 1
2 -4 1
1 7 1

样例输出 #1

1
NO
1
-1
-1/2
12*sqrt(3)
3/2+sqrt(5)/2
1+sqrt(2)/2
-7/2+3*sqrt(5)/2

提示

【样例 #2】

见附件中的 uqe/uqe2.inuqe/uqe2.ans

【数据范围】

对于所有数据有: 1 ≤ T ≤ 5000 1 \leq T \leq 5000 1T5000 1 ≤ M ≤ 1 0 3 1 \leq M \leq 10 ^ 3 1M103 ∣ a ∣ , ∣ b ∣ , ∣ c ∣ ≤ M |a|,|b|,|c| \leq M a,b,cM a ≠ 0 a \neq 0 a=0

测试点编号 M ≤ M \leq M特殊性质 A特殊性质 B特殊性质 C
1 1 1 1 1 1
2 2 2 20 20 20
3 3 3 1 0 3 10 ^ 3 103
4 4 4 1 0 3 10 ^ 3 103
5 5 5 1 0 3 10 ^ 3 103
6 6 6 1 0 3 10 ^ 3 103
7 , 8 7, 8 7,8 1 0 3 10 ^ 3 103
9 , 10 9, 10 9,10 1 0 3 10 ^ 3 103

其中:

  • 特殊性质 A:保证 b = 0 b = 0 b=0
  • 特殊性质 B:保证 c = 0 c = 0 c=0
  • 特殊性质 C:如果方程有解,那么方程的两个解都是整数。

题目传送门

洛谷 P9750 [CSP-J 2023] 一元二次方程

题解

思路

没有任何算法,纯粹的大模拟,细节还蛮多的

由于这道题有多测,所以用一个函数比较好,可以把 a , b , c a,b,c a,b,c 都传进去,这就是主函数

int T, m;
int a, b, c;
int main() {
	scanf("%d%d", &T, &m);
	
	while(T-- && scanf("%d%d%d", &a, &b, &c))
		work(a, b, c);
	
	return 0;
}

函数里面首先是判断无解,也就是 Δ < 0 \Delta<0 Δ<0,那我们就需要算出 Δ \Delta Δ,即 b 2 − 4 a c b^2-4ac b24ac

int delta = b * b - 4 * a * c;

void work(int a, int b, int c) {
	delta = b * b - 4 * a * c;
	
	if(delta < 0) {
		puts("NO");
		return;
	}
}

然后需要判断 Δ \Delta Δ 是完全平方数,那么就可以直接算出 − b + Δ 2 a \frac{-b+\sqrt\Delta}{2a} 2ab+Δ − b − Δ 2 a \frac{-b-\sqrt\Delta}{2a} 2abΔ 哪个大,然后如果能除开就直接输出那个根,否则就输出约分后的那个根

(那个 p r i n t d i v i s i o n ( p , q ) printdivision(p,q) printdivision(p,q) 函数是用来输出 p / q p/q p/q 的,具体请参考注释)

int delta;
double x1, x2;
int sq;

void print_division(int p, int q) {
	if(!p) {											// 分子为 0,则输出 0 
		putchar('0');
		return;
	}
	
	if(p * q < 0)										// 两数异号,则输出符号 
		putchar('-');
	
	if(p < 0)											// 将两数都变成正数 
		p = -p;
	
	if(q < 0)
		q = -q;
	
	int g = __gcd(p, q);								// 约分 
	
	p /= g;
	q /= g;
	
	if(q == 1)											// 分母为 1,则输出分子 
		printf("%d", p);
	else												// 否则输出 “分子/分母” 
		printf("%d/%d", p, q);
}

void work(int a, int b, int c) {
	delta = b * b - 4 * a * c;
	
	if(delta < 0) {
		puts("NO");
		return;
	}
	
	sq = sqrt(delta);
	
	if(sq * sq == delta) {
		x1 = 1.0 * (-b + sq) / 2 * a;
		x2 = 1.0 * (-b - sq) / 2 * a;
		
		if(x1 > x2)
			print_division(-b + sq, 2 * a);
		else
			print_division(-b - sq, 2 * a);
		
		puts("");
		
		return;
	}
}

否则的话就需要按照 “ − b / 2 a + Δ / 2 a -b/2a+\sqrt\Delta/2a b/2a+Δ /2a” 的格式输出

首先如果 b ≠ 0 b\neq0 b=0,那么就说明 − b / 2 a ≠ 0 -b/2a\neq0 b/2a=0,就可以输出 “ − b / 2 a + -b/2a+ b/2a+

为什么一定是 + + + ?因为如果是 − b − Δ 2 a \frac{-b-\sqrt\Delta}{2a} 2abΔ 更大,那就说明 2 a < 0 2a<0 2a<0,否则不可能 − b − Δ 2 a > − b − Δ 2 a \frac{-b-\sqrt\Delta}{2a}>\frac{-b-\sqrt\Delta}{2a} 2abΔ >2abΔ ,所以一定是 + + +

最后就是输出 Δ / 2 a \sqrt\Delta/2a Δ /2a 了,具体怎么做请参考代码注释

int delta;
double x1, x2;
int sq;

void print_division(int p, int q) {
	if(!p) {											// 分子为 0,则输出 0 
		putchar('0');
		return;
	}
	
	if(p * q < 0)										// 两数异号,则输出符号 
		putchar('-');
	
	if(p < 0)											// 将两数都变成正数 
		p = -p;
	
	if(q < 0)
		q = -q;
	
	int g = __gcd(p, q);								// 约分 
	
	p /= g;
	q /= g;
	
	if(q == 1)											// 分母为 1,则输出分子 
		printf("%d", p);
	else												// 否则输出 “分子/分母” 
		printf("%d/%d", p, q);
}

void print_sqrt(int p, int q) {
	if(q < 0)											// 如果分母是负数,则将其变为正数,因为和前面的负号消没了(上文说过了) 
		q = -q;
	
	int u = 1;											// 根号前面的系数 
	
	for(int i = sqrt(p); i > 1; --i)					// 化简 
		if(!(p % (i * i))) {
			p /= i * i;
			u *= i;
			break; 
		}
	
	int g = __gcd(u, q);								// 约分 
	
	u /= g;
	q /= g;
	
	if(u > 1)											// 系数大于 1,则输出 “系数*” 
		printf("%d*", u);
	
	if(p > 1)											// 根号下的数大于 1,则输出 “sqrt(根号下的数)” 
		printf("sqrt(%d)", p);
	
	if(q > 1)											// 分母大于 1,则输出 “/分母” 
		printf("/%d", q);
}

void work(int a, int b, int c) {
	delta = b * b - 4 * a * c;
	
	if(delta < 0) {
		puts("NO");
		return;
	}
	
	sq = sqrt(delta);
	
	if(sq * sq == delta) {
		x1 = 1.0 * (-b + sq) / 2 * a;
		x2 = 1.0 * (-b - sq) / 2 * a;
		
		if(x1 > x2)
			print_division(-b + sq, 2 * a);
		else
			print_division(-b - sq, 2 * a);
		
		puts("");
		
		return;
	}
	
	if(b) {
		print_division(-b, 2 * a);
		putchar('+');
	}
	
	print_sqrt(delta, 2 * a);
	
	puts("");
}

总代码

#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cmath>
using namespace std;

int T, m;
int a, b, c;
int delta;
double x1, x2;
int sq;

void print_division(int p, int q) {
	if(!p) {
		putchar('0');
		return;
	}
	
	if(p * q < 0)
		putchar('-');
	
	if(p < 0)
		p = -p;
	
	if(q < 0)
		q = -q;
	
	int g = __gcd(p, q);
	
	p /= g;
	q /= g;
	
	if(q == 1)
		printf("%d", p);
	else
		printf("%d/%d", p, q);
}

void print_sqrt(int p, int q) {
	if(q < 0)
		q = -q;
	
	int u = 1;
	
	for(int i = sqrt(p); i > 1; --i)
		if(!(p % (i * i))) {
			p /= i * i;
			u *= i;
			break; 
		}
	
	int g = __gcd(u, q);
	
	u /= g;
	q /= g;
	
	if(u > 1)
		printf("%d*", u);
	
	if(p > 1)
		printf("sqrt(%d)", p);
	
	if(q > 1)
		printf("/%d", q);
}

void work(int a, int b, int c) {
	delta = b * b - 4 * a * c;
	
	if(delta < 0) {
		puts("NO");
		return;
	}
	
	sq = sqrt(delta);
	
	if(sq * sq == delta) {
		x1 = 1.0 * (-b + sq) / 2 * a;
		x2 = 1.0 * (-b - sq) / 2 * a;
		
		if(x1 > x2)
			print_division(-b + sq, 2 * a);
		else
			print_division(-b - sq, 2 * a);
		
		puts("");
		
		return;
	}
	
	if(b) {
		print_division(-b, 2 * a);
		putchar('+');
	}
	
	print_sqrt(delta, 2 * a);
	
	puts("");
}

int main() {
	scanf("%d%d", &T, &m);
	
	while(T-- && scanf("%d%d%d", &a, &b, &c))
		work(a, b, c);
	
	return 0;
}

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