杜教筛

求 $\sum_{i=1}^{n} \phi(i^2)$

基本上是裸的杜教筛

一个关于 $\phi$ 的性质：$$\phi(ij) = \frac{\phi(i)\phi(j)gcd(i,j)}{\phi(gcd(i,j))}$$

证明：该式本质上是容斥，$\phi$ 的原式子是，当 $n = {p_1}^{c_1}\times {p_2}^{c_2} \times ··· \times {p_m}^{c_k}$

$\phi(n) = n \times \prod_{i=1}^{m} (1 - \frac{1}{p_i})$

这里式子就表示为先把 $i$ 和 $j$ 的质因数乘上在除去 $i,j$ 的共同质因数，即 $\phi(gcd(i,j))$，最后再消掉 $gcd(i,j)$ 即可得到该式。

然后开始推式子：

$$ \sum_{i=1}^{n} \phi(i^2) = \sum_{i=1}^{n} i \times \phi(i) $$

不难发现该式等于 $\phi \cdot id$

$$ (\phi \cdot id) \ast id = \sum_{d\mid n} d * \phi(d) * \frac{n}{d} = n \times \sum_{d\mid n} \phi(d) = id^2$$

我们设 $f(n) = n \times \phi(n),S(n) = \sum_{i=1}^{n} f(i)$ ,这里的 $id$ 与 $id^2$ 的前缀和都比较好求。

运用杜教筛公式可得：

$$ S(n) = \sum_{i=1}^{n}i^2 - \sum_{i=2}^{n} i * S(\lfloor\frac n i\rfloor)$$

$$ = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} - \sum_{i=2}^{n} i * S(\lfloor\frac n i\rfloor)$$

线性筛出前 $n^{\frac{2}{3}}$ 项，整除分块即可