题目背景
众所周知,对一元二次方程 $ax ^ 2 + bx + c = 0, (a \neq 0)$,可以用以下方式求实数解:
- 计算 $\Delta = b ^ 2 - 4ac$,则:
- 若 $\Delta < 0$,则该一元二次方程无实数解。
- 否则 $\Delta \geq 0$,此时该一元二次方程有两个实数解 $x _ {1, 2} = \frac{-b \pm \sqrt \Delta}{2a}$。
例如:
- $x ^ 2 + x + 1 = 0$ 无实数解,因为 $\Delta = 1 ^ 2 - 4 \times 1 \times 1 = -3 < 0$。
- $x ^ 2 - 2x + 1 = 0$ 有两相等实数解 $x _ {1, 2} = 1$。
- $x ^ 2 - 3x + 2 = 0$ 有两互异实数解 $x _ 1 = 1, x _ 2 = 2$。
在题面描述中 $a$ 和 $b$ 的最大公因数使用 $\gcd(a, b)$ 表示。例如 $12$ 和 $18$ 的最大公因数是 $6$,即 $\gcd(12, 18) = 6$。
题目描述
现在给定一个一元二次方程的系数 $a, b, c$,其中 $a, b, c$ 均为整数且 $a \neq 0$。你需要判断一元二次方程 $a x ^ 2 + bx + c = 0$ 是否有实数解,并按要求的格式输出。
在本题中输出有理数 $v$ 时须遵循以下规则:
- 由有理数的定义,存在唯一的两个整数 $p$ 和 $q$,满足 $q > 0$,$\gcd(p, q) = 1$ 且 $v = \frac pq$。
- 若 $q = 1$,则输出
{p}
,否则输出{p}/{q}
,其中{n}
代表整数 $n$ 的值; -
例如:
- 当 $v = -0.5$ 时,$p$ 和 $q$ 的值分别为 $-1$ 和 $2$,则应输出
-1/2
; - 当 $v = 0$ 时,$p$ 和 $q$ 的值分别为 $0$ 和 $1$,则应输出
0
。
- 当 $v = -0.5$ 时,$p$ 和 $q$ 的值分别为 $-1$ 和 $2$,则应输出
对于方程的求解,分两种情况讨论:
- 若 $\Delta = b ^ 2 - 4ac < 0$,则表明方程无实数解,此时你应当输出
NO
; - 否则 $\Delta \geq 0$,此时方程有两解(可能相等),记其中较大者为 $x$,则:
- 若 $x$ 为有理数,则按有理数的格式输出 $x$。
- 否则根据上文公式,$x$ 可以被唯一表示为 $x = q _ 1 + q _ 2 \sqrt r$ 的形式,其中:
- $q _ 1, q _ 2$ 为有理数,且 $q _ 2 > 0$;
- $r$ 为正整数且 $r > 1$,且不存在正整数 $d > 1$ 使 $d ^ 2 \mid r$(即 $r$ 不应是 $d ^ 2$ 的倍数);
此时:
- 若 $q _ 1 \neq 0$,则按有理数的格式输出 $q _ 1$,并再输出一个加号
+
; - 否则跳过这一步输出;
随后:
- 若 $q _ 2 = 1$,则输出
sqrt({r})
; - 否则若 $q _ 2$ 为整数,则输出
{q2}*sqrt({r})
; - 否则若 $q _ 3 = \frac 1{q _ 2}$ 为整数,则输出
sqrt({r})/{q3}
; - 否则可以证明存在唯一整数 $c, d$ 满足 $c, d > 1, \gcd(c, d) = 1$ 且 $q _ 2 = \frac cd$,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 $T, M$,分别表示方程数和系数的绝对值上限。
接下来 $T$ 行,每行包含三个整数 $a, b, c$。
输出格式
输出 $T$ 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。
样例输入
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
NO
1
-1
-1/2
12*sqrt(3)
3/2+sqrt(5)/2
1+sqrt(2)/2
-7/2+3*sqrt(5)/2
【数据范围】
对于所有数据有:$1 \leq T \leq 5000$,$1 \leq M \leq 10 ^ 3$,$|a|,|b|,|c| \leq M$,$a \neq 0$。
测试点编号 | $M \leq$ | 特殊性质 A | 特殊性质 B | 特殊性质 C |
---|---|---|---|---|
$1$ | $1$ | 是 | 是 | 是 |
$2$ | $20$ | 否 | 否 | 否 |
$3$ | $10 ^ 3$ | 是 | 否 | 是 |
$4$ | $10 ^ 3$ | 是 | 否 | 否 |
$5$ | $10 ^ 3$ | 否 | 是 | 是 |
$6$ | $10 ^ 3$ | 否 | 是 | 否 |
$7, 8$ | $10 ^ 3$ | 否 | 否 | 是 |
$9, 10$ | $10 ^ 3$ | 否 | 否 | 否 |
其中:
- 特殊性质 A:保证 $b = 0$;
- 特殊性质 B:保证 $c = 0$;
- 特殊性质 C:如果方程有解,那么方程的两个解都是整数。
具体过程
约分
可以看到最终要求输出最简形式,因此约分将会很常用。为此我们可以设计一个 reduce()
函数专门处理约分。
假设需要约分的两个数为x
,y
直接枚举 2
到 min(x,y)
的所有约数,并不断地将两数除以质因子,直到至少有一个数除不尽。
记得使用引用类型传参,否则爆零。
void reduce(int& x,int& y)
{
for (int i = 2;i <= x && i <= y;i++)
while (x % i == 0 && y % i == 0)
{
x /= i;
y /= i;
}
}
main()
main()
函数才是最难调的。
首先发现 $\Delta$ 非常常用,因此需要提前计算出 $\Delta$ 的值。
然后直接判断。
$\Delta < 0$ 的情况
如果 $\Delta < 0$ 那最好办,直接输出 NO 即可。
$\Delta = 0$ 的情况
如果 $\Delta = 0$ 那也比较简单,判断一下是否为负,未负就打上 bool
标签表示为负,然后将两数转换为绝对值;再约一下分,特判一下输出即可。
$\Delta > 0$ 的情况
这个情况棘手一些。
提取平方因子
首先我们需要将
$\Delta$ 的平方因子提取出来单独输出。依然使用一重循环枚举因子并判断即可。
分离有理数和无理数
如果 $\Delta = 1$ 说明原来的 $\Delta$ 为完全平方数,因此最终结果是有理数,采用类似于
$\Delta = 0$ 的情况下的处理方式即可。
否则 $\Delta$ 就是无理数,需要把有理数部分和无理数部分分别输出。依然采用类似于 $\Delta = 0$ 的情况下的处理方式,对着有理部分和无理部分分别跑一次即可。
C++代码
没多少注释,但前面的分析足够了。一道大模拟而已,应该不会看不懂吧
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstdio>
#include <cmath>
using namespace std;
int t,m,a,b,c,delta,e,f,g,fg,tmpe;
bool negative;
void reduce(int& x,int& y)
{
for (int i = 2;i <= x && i <= y;i++)
while (x % i == 0 && y % i == 0)
{
x /= i;
y /= i;
}
}
int main()
{
ios::sync_with_stdio(false);
cin.tie(0);
cout.tie(0);//提高cin和cout的速度,如果不写的话那最好用scanf和printf
freopen("uqe.in","r",stdin);
freopen("uqe.out","w",stdout);//考场要求,调试时可以注释掉,最后的fclose一样
cin >> t >> m;
while (t--)
{
cin >> a >> b >> c;
delta = b * b - 4 * a * c;
negative = false;
e = 0;
f = 0;
g = 0;
fg = 0;
tmpe = 0;
if (delta < 0) cout << "NO";
else if (delta == 0)
{
e = a * 2;
f = -b;
if ((e < 0 && f > 0) || (e > 0 && f < 0)) negative = true;
e = abs(e);
f = abs(f);
reduce(e,f);
if (negative) cout << '-';
if (f == 0) cout << 0;
else if (e == 1) cout << f;
else cout << f << '/' << e;
}
else
{
e = a * 2;
f = -b;
g = 1;
for (int i = 2;i * i <= delta;i++)
while (delta % (i * i) == 0)
{
g *= i;
delta /= (i * i);
}
//有理数
if (delta == 1)
{
if (e > 0) fg = f + g;
else fg = f - g;
if ((e < 0 && fg > 0) || (e > 0 && fg < 0)) negative = true;
e = abs(e);
fg = abs(fg);
reduce(e,fg);
if (negative) cout << '-';
if (fg == 0) cout << 0;
else if (e == 1) cout << fg;
else cout << fg << '/' << e;
}
//无理数
else
{
//有理数部分
tmpe = e;
if ((tmpe < 0 && f > 0) || (tmpe > 0 && f < 0)) negative = true;
tmpe = abs(tmpe);
f = abs(f);
reduce(tmpe,f);
if (negative) cout << '-';
if (f != 0)
{
if (tmpe == 1) cout << f;
else cout << f << '/' << tmpe;
cout << '+';
}
//无理数部分
e = abs(e);
g = abs(g);
reduce(e,g);
if (g != 1) cout << g << '*';
cout << "sqrt(" << delta << ')';
if (e != 1) cout << '/' << e;
}
}
cout << '\n';
}
// fclose(stdin);
// fclose(stdout);
return 0;//华丽结束
}