数学CF1096C Polygon for the Angle

Posted 2021-01-30 yifusuyi

Description

给定一个角度 ( heta)，请你寻找一个正 (n) 边型，满足在这个正 (n) 边型上找三个顶点 (A,B,C) （可以不相邻），使得 (angle ABC~=~ heta) 。请输出最小的 (n)。保证 (n) 不超过 (998244353)。多组数据。

注意给出的 ( heta) 是使用角度制表示的。

Input

第一行是数据组数 (T)

下面 (T) 行，每行一个整数 ( heta)，代表给出的角度

Output

对于每组数据输出一行代表答案

Hint

(1~leq~T~leq~180~,~1~leq~ heta~<~180)。

Solution

多边形内角和定理：

对于一个有 (n) 个顶点的凸多边形 (n~geq~3)，其内角和为 ((n~-~2)~ imes~180^circ)。

证明略。这大概是初中定理吧……大概方法是显然一个 (n) 边型可以分成 ((n~-~2)) 个三角形，每个三角形的内角和是 (180^circ)。至于证明可以分成 ((n~-~2)) 个三角形，对 (n) 做数学归纳即可。

由于这是一个正 (n) 边型，所以一个角的度数为 (frac{n-2}{n}~ imes~180^circ)

同时它连向其他每个顶点的线段平分这个角，所以它连向相邻两个顶点的线段组成的角的度数为 (frac{n-2}{(n-2)n}~ imes~180^circ~=~frac{1}{n}~ imes~180^circ)

我们设选择的点 (A) 和点 (C) 中间相隔了 ((k-1)) 个顶点 ((k~leq~n~-~2))，于是这些一共组成了 (k) 个角度如上的角。列得方程如下（角度略去）：

[frac{k}{n}~ imes~180~=~ heta]

移项得

[k~ imes~180~=~ heta~ imes~n]

我们设 (s~=~gcd( heta~,~180))，然后等式两侧同除 (s)，得

(frac{180}{s}~ imes~k~=~frac{ heta}{s}~ imes~n)

由于(frac{180}{s}~perp~frac{ heta}{s})，所以 (k~=~frac{ heta}{s}~,~n~=~frac{180}{s})

考虑这种情况下我们要求 (k~leq~n~-~2)，但是如果算出来不是这样怎么办：如果答案为 (n) 时满足上式，则答案为 (xn(x~in~Z^+)) 时一定也满足上式。于是我们不断加 (n) 直到合法即可。

Code

#include <cstdio>
#ifdef ONLINE_JUDGE
#define freopen(a, b, c)
#endif
#define rg register
#define ci const int
#define cl const long long

typedef long long int ll;

namespace IPT {
    const int L = 1000000;
    char buf[L], *front=buf, *end=buf;
    char GetChar() {
        if (front == end) {
            end = buf + fread(front = buf, 1, L, stdin);
            if (front == end) return -1;
        }
        return *(front++);
    }
}

template <typename T>
inline void qr(T &x) {
    rg char ch = IPT::GetChar(), lst = ' ';
    while ((ch > '9') || (ch < '0')) lst = ch, ch=IPT::GetChar();
    while ((ch >= '0') && (ch <= '9')) x = (x << 1) + (x << 3) + (ch ^ 48), ch = IPT::GetChar();
    if (lst == '-') x = -x;
}

template <typename T>
inline void ReadDb(T &x) {
    rg char ch = IPT::GetChar(), lst = ' ';
    while ((ch > '9') || (ch < '0')) lst = ch, ch = IPT::GetChar();
    while ((ch >= '0') && (ch <= '9')) x = x * 10 + (ch ^ 48), ch = IPT::GetChar();
    if (ch == '.') {
        ch = IPT::GetChar();
        double base = 1;
        while ((ch >= '0') && (ch <= '9')) x += (ch ^ 48) * ((base *= 0.1)), ch = IPT::GetChar();
    }
    if (lst == '-') x = -x;
}

namespace OPT {
    char buf[120];
}

template <typename T>
inline void qw(T x, const char aft, const bool pt) {
    if (x < 0) {x = -x, putchar('-');}
    rg int top=0;
    do {OPT::buf[++top] = x % 10 + '0';} while (x /= 10);
    while (top) putchar(OPT::buf[top--]);
    if (pt) putchar(aft);
}

const int maxn = 200010;
const int MOD = 998244353;

int n;
ll ans;
char MU[maxn];

int main() {
    freopen("1.in", "r", stdin);
    qr(n);
    for (rg int i = 1; i <= n; ++i) do {MU[i] = IPT::GetChar();} while ((MU[i] > 'z') || (MU[i] < 'a'));
    MU[0] = MU[1]; MU[n + 1] = MU[n];;
    int pos = n; while (MU[pos] == MU[0]) --pos;
    int k = n - pos;
    for (rg int i = 1; i <= n; ++i) if (MU[i] == MU[i - 1]) {
        ++ans;
    } else break;
    ans = (ans * k) % MOD;
    ++ans;
    for (rg int i = 1; i <= n; ++i) if (MU[i] == MU[i - 1]) ++ans; else break;
    for (rg int i = n; i; --i) if (MU[i] == MU[i + 1]) ++ans; else break;
    qw(ans % MOD, '
', true);
    return 0;
}