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多项式全家桶

时间:2022-09-05 19:57:10浏览次数:63  
标签:ix cos dfrac 全家 多项式 sin equiv

前置芝士:

  • FTT & NTT
  • 不低于高中的数学推导能力
  • 不低于高中的代数芝士
  • 高等数学初步
  • 复变函数初步(?)

多项式乘法

目标:给定两个多项式 \(F,G\),求 \(F \times G\)。
有 \(F(x)G(x) \equiv (FG)(x)\),将 \(F,G\) 转为点值形式后直接求积即可。

多项式牛顿迭代系列

目标:给定一个函数 \(X\),求一个多项式 \(F\),满足 \(X(F(x)) \equiv 0 \pmod {x^n}\)
定义 \(X(F_0(x)) \equiv 0 \pmod{x^{n/2}}\)。
在 \(F_0(t)\) 处对 \(X(t)\) 进行泰勒展开,得到

\[X(p) \equiv \sum_{k=0}^\infty \frac{{\rm d}^kX(F_0(t))}{{\rm d}t^k}(p-F_0(t))^k \]

,展开 \(X(F(t))\)(小(x)粉(f)兔(t)),得到

\[X(F(t)) \equiv \sum_{k=0}^\infty \frac{{\rm d}^kX(F_0(t))}{{\rm d}t^k}(F(t)-F_0(t))^k \]

,而这个东西 \(\equiv 0\)。
因为 \(F(x) \equiv F_0(x) \pmod{x^{n/2}}\),所以有 \(x^{n/2} \mid F(x) - F_0(x)\),两边平方得到 \(x^n \mid (F(x)-F_0(x))^2\),所以在 \(\pmod {x^{n}}\) 意义下,可以只取前两项,得到准确结果,于是柿子变成

\[X(F(t)) \equiv X(F_0(t)) + X'(F_0(t)) \times (F(t) - F_0(t)) \equiv 0 \]

(\(X'\) 代表导数),因为 \(X,F_0,X'\) 都是已知,所以问题转化为一元一次方程,解得

\[F(t) \equiv F_0(t) - \dfrac{X(F_0(t))}{X'(F_0(t))} \]

多项式倒数

我一般把多项式乘法逆叫做这名。
目标:\(X(F(t)) \equiv \dfrac 1{F(t)} - H(t)\),其中 \(H(x)\) 给定。
:注意求导时是对 \(F_0(t)\) 求导,\(H(t)\) 要视为常数,得到 \(\dfrac{\partial X}{\partial F_0(t)} \equiv - F_0^{-2}(t)\),注意这里有三个 “-” 号,计算时要小心符号:

\[F(t) \equiv F_0(t) - \dfrac{X(F_0(t))}{X'(F_0(t))} \equiv F_0(t) - \dfrac{F_0^{-1}(t) - H(t)}{- F_0^{-2}(t)} \equiv F_0(t) + \dfrac{F_0^{-1}(t) - H(t)}{F_0^{-2}(t)} \equiv 2F_0(t) - H(t)F_0^2(t) \]

多项式 \(\exp\)

  • 目前还没有多项式 \(\ln\),所以先看后面的多项式 \(\ln\)。
    目标:\(X(F(t)) \equiv \ln F(t) - H(t)\),其中 \(H(x)\) 给定。
    :\(\dfrac{\partial X}{\partial F_0(t)} \equiv \dfrac 1{F_0(t)}\),得到 \(F_0(t) - \dfrac{\ln F_0(t) - H(t)}{1/F_0(t)} \equiv F_0(t) \times (1 - \ln F_0(t) + H(t))\)。
    特别地:\(A^B \equiv \exp(B \ln A)\)

多项式 \(\ln\)

目标:给定一个 \(H(x)\),求 \(\ln H(x)\)
有 \(\ln H(x) \equiv F(x)\),两边求导 \(\dfrac{H'(x)}{H(x)} \equiv F'(x)\),有

\[F(x) \equiv \int \dfrac{H'(x)}{H(x)} {\rm d}x \]

,其中,分母的 \(H(x)\) 可以使用多项式倒数求出。

多项式带余除法

目标:给定一个 \(F(x), G(x)\),求 \(F \bmod G, (F - F \bmod G) / G\)。
有 \(F(x) \equiv G(x) H(x) + L(x)\),同时记 \(m \equiv \deg G + 1\)。
换元法:\(u \to x^{-1}\),发现

\[x^n F(\dfrac 1x) \equiv \sum_{i\equiv0}^{n-1} F_{n-1-i}x^i \equiv Fi(x) \]

,简单代数运算可得 \(Fi(x) \equiv Gi(x) Hi(x) + x^{n-m+1} Li(x)\),在 \(\pmod {x^{n-m+1}}\) 意义下就是多项式除法,而且正好 \(H\) 是 \((n-1)-(m-1) \equiv n-m\) 次,在 \(\pmod {x^{n-m+1}}\) 下完完全全就没有精度损失,于是 \(L(x) \equiv F(x) - G(x) H(x)\)。

多项式三角函数

多项式 \(\sin\)

因为 \(e^{ix} = \cos x + i \sin x\),因为 \(\cos\) 是偶函数,\(\sin\) 是奇函数得到 \(e^{-ix} = \cos x - i \sin x\),两个式子相减有 \(e^{ix} - e^{-ix} = 2i \sin x\),有 \(\sin x = \dfrac{e^{ix} - e^{-ix}}{2i}\),而 \(i \equiv \omega_4\),正好 \(4 \equiv 2^2\),可以 NTT。于是只要 多项式 \(\exp\) 即可。

多项式 \(\cos\)

如 \(\sin\) 提到的两个式子相加有 \(e^{ix} + e^{-ix} = 2 \cos x\),有 \(\cos x = \dfrac{e^{ix} + e^{-ix}}{2}\),类似处理即可。

多项式 \(\tan\)

有 \(\tan F(x)=\dfrac{\sin F(x)}{\cos F(x)}\)。

多项式反三角函数

带入牛顿迭代即可。
这里只给结论:
\(\sin^{-1} F(t) \equiv F_0(t) - \tan F_0(t) + \dfrac{H(p)}{\cos F_0(t)}\)
\(\cos^{-1} F(t) \equiv F_0(t) + \dfrac{\cos F_0(t) - H(t)}{\sin F_0(t)}\)
\(\tan^{-1} F(t) \equiv F_0(t) - \sin F_0(t) \times \cos F_0(t) + H(t) \cos^2 F_0(t)\)

标签:ix,cos,dfrac,全家,多项式,sin,equiv
From: https://www.cnblogs.com/lhx-oier/p/16659352.html

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