#P15985. [PA 2026] 骰子 / Kostki

[PA 2026] 骰子 / Kostki

题目描述

nn 名玩家使用一枚公平的 kk 面骰子(骰子各面编号为 11kk,即每次投掷得到 11kk 中任意点数的概率均为 1k\frac{1}{k})进行骰子游戏。初始时,每位玩家的得分均为零。

在单次行动中,得分最少的玩家投掷骰子,并将投掷结果加到自己的得分上。若在某一时刻有多名玩家并列得分最低,则由其中随机一名玩家行动。

当任意一名玩家累计得分达到 mm 分或以上时,游戏结束。求行动次数的期望值。

输入格式

输入的唯一一行包含三个整数 nnkkmm1n,k,m1061 \le n, k, m \le 10^6),分别表示玩家人数、骰子面数以及获胜所需的分数。

输出格式

输出一个数,表示行动次数的期望值,对 M=109+7M = 10^9 + 7 取模后输出。

可以证明,答案可以表示为有理数 p/qp/q 的形式,其中 ppqq 为整数,且 q0(modM)q \ne 0 \pmod{M}。请输出 pq1modMp \cdot q^{-1} \bmod M 的值。换句话说,输出满足 0x<M0 \le x < Mxqp(modM)x \cdot q \equiv p \pmod{M} 的值 xx

2 4 3
457031255

提示

样例解释

现有两名玩家,一枚四面骰子,目标分数为 33。第一次投掷时,若玩家投出 3344,游戏立即结束(概率为 12\frac{1}{2})。否则,第二名玩家进行投掷。同样地,若其投出 3344,游戏结束(概率同为 12\frac{1}{2})。若未结束,则有 14\frac{1}{4} 的概率两名玩家均为 11 分(情形 A),12\frac{1}{2} 的概率一名玩家为 11 分、另一名为 22 分(情形 B),以及 14\frac{1}{4} 的概率两名玩家均为 22 分(情形 C)。

  • 情形 A: 第一名玩家投掷,游戏以 34\frac{3}{4} 的概率在第三次行动结束。若未结束,第二名玩家投掷,以 34\frac{3}{4} 的概率在第四次行动结束。若仍未结束,则游戏必在第五次行动结束(此时得 22 分的玩家投掷,至少再得 11 分)。

  • 情形 B: 第一名玩家投掷,以 34\frac{3}{4} 的概率在第三次行动结束,14\frac{1}{4} 的概率在第四次行动结束。

  • 情形 C: 游戏必在第三次行动结束。

综合以上各情形,总期望值为:

$$\frac{1}{2} \cdot 1 + \frac{1}{4} \cdot 2 + \frac{1}{4} \cdot \left( \frac{1}{4} \cdot \left( \frac{3}{4} \cdot 3 + \frac{1}{4} \cdot 4 \right) + \frac{1}{4} \cdot \left( \frac{3}{4} \cdot 4 + \frac{1}{4} \cdot 5 \right) \right) + \frac{1}{2} \cdot \left( \frac{3}{4} \cdot 3 + \frac{1}{4} \cdot 4 \right) + \frac{1}{4} \cdot 3 = \frac{461}{4^4}$$

由于 2561=285156252modM256^{-1} = 285156252 \bmod M,且 461285156252457031255(modM)461 \cdot 285156252 \equiv 457031255 \pmod{M},故答案为 457031255457031255