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페리 수열의 합

시간 제한1초메모리 제한256 MB

요약
N이 주어지면 N번째 Farey 수열에서 이웃한 분모들의 비를 모두 더해 기약분수로 출력합니다.
난이도

어려움10점 중 8점

유형
정수론, 수학
정답자
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문제

양의 정수 NN이 주어졌을 때, 0<a≤b0 < a \le b와 1≤b≤N1 \le b \le N을 만족하는 모든 기약분수 a/ba/b와 0/10/1, 1/11/1을 오름차순으로 나열한 수열을 NN번째 페리 수열이라 한다.

예를 들어 6번째 페리 수열은 다음과 같다.

0/1, 1/6, 1/5, 1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 1/10/1,\ 1/6,\ 1/5,\ 1/4,\ 1/3,\ 2/5,\ 1/2,\ 3/5,\ 2/3,\ 3/4,\ 4/5,\ 5/6,\ 1/1

NN번째 페리 수열의 분모만 앞에서부터 차례로 적으면 길이 KK인 수열 b1,b2,…,bKb_1, b_2, \dots, b_K가 된다. 페리 수열의 합은 i=1i = 1부터 K−1K-1까지 bi/bi+1b_i / b_{i+1}을 모두 더한 값이다.

∑i=1K−1bibi+1\sum_{i=1}^{K-1} \frac{b_i}{b_{i+1}}

6번째 페리 수열의 합은 다음과 같이 계산된다.

16+65+54+43+35+52+25+53+34+45+56+61=352\frac{1}{6} + \frac{6}{5} + \frac{5}{4} + \frac{4}{3} + \frac{3}{5} + \frac{5}{2} + \frac{2}{5} + \frac{5}{3} + \frac{3}{4} + \frac{4}{5} + \frac{5}{6} + \frac{6}{1} = \frac{35}{2}

자연수 NN이 주어지면 NN번째 페리 수열의 합을 구하라.

입력

첫 줄에 테스트 케이스의 수 PP가 주어진다. (1≤P≤100001 \le P \le 10000)

이어지는 PP개의 줄에는 각각 테스트 케이스 번호 TT와 문제에서 설명한 NN이 공백 하나로 구분되어 주어진다. (1≤T≤100001 \le T \le 10000, 2≤N≤100002 \le N \le 10000)

출력

각 테스트 케이스마다 입력에 주어진 테스트 케이스 번호와 페리 수열의 합을 공백 하나로 구분해 한 줄에 출력한다. 번호는 입력에 적힌 값을 그대로 다시 쓰며, 줄 순서도 입력 순서를 따른다.

합은 항상 기약분수로 나타내고 분자/분모 형식으로 쓴다. 기약분수의 분모가 1이면 분자만 출력한다.

힌트

N+1N+1번째 페리 수열은 NN번째 페리 수열의 모든 분수를 그대로 담고 있고, 여기에 N+1N+1과 서로소인 NN 이하의 자연수 개수만큼 분수가 더 들어간다.

예제2

  1. 예제 1

    입력
    4
    1 6
    2 15
    3 57
    4 9999
    
    예상 출력
    1 35/2
    2 215/2
    3 2999/2
    4 91180457/2
    
  2. 예제 2

    입력
    1
    1 2
    
    예상 출력
    1 5/2