# -*- coding: utf-8 -*- """ Max Weighted Floor (mwf) を用いて x_min(D, A, B, K) を求める。 """ def mwf(n: int, m: int, a: int, b: int, c: int, d: int) -> int: """ Max Weighted Floor (mwf) の非再帰実装。 mwf(n,m,a,b,c,d) = max_{0 <= x < n} a*x + b*floor((c*x + d)/m) 前提: - n > 0, m > 0 計算量/メモリ: - 時間: O(log m)(ユークリッド互除法的再帰による構造縮約) - 追加メモリ: O(1) """ assert n > 0 and m > 0 sum_acc: int = int(0) # 現在の累積和 max_acc: int = b * (d // m) # 現在の累積max. 初期値は x = 0 のときの値 while True: # c, d をそれぞれ 正の整数 m で割った剰余にする正規化 # Python の divmod は Flooring Division に基づくので、除数 m が正であるため # 元の c, d が負でも正規化後の剰余は 0 <= c < m, 0 <= d < m が保証される # 負の整数 % 正の整数 = 負の整数 となる言語(C++/Java など)では移植時に注意 q, c = divmod(c, m) # q = c // m, c = c % m a += b * q # c の商分を a に足す q, d = divmod(d, m) # q = d // m, d = d % m sum_acc += b * q # d の商分を s に足す assert 0 <= c < m and 0 <= d < m # 現在の小問題における x = 0 のときの値 s を r に反映 max_acc = max(max_acc, sum_acc) # 0 ≤ x < n における y = floor((c*x+d)/m) の最大値を計算 y_max = (c * (n - 1) + d) // m # y_max == 0 の場合は右端を考慮して終了 if y_max == 0: return max(max_acc, sum_acc + a * (n - 1)) # y_max >= 1 の場合は再帰的に解く # c > 0, n > 1 のときにのみ y_max >= 1 となりうる if a >= 0: # a >= 0 の場合 max_acc = max(max_acc, sum_acc + a * (n - 1) + b * y_max) else: # a < 0 の場合 sum_acc += a + b # 小問題へのパラメータ変換 n, m, a, b, c, d = y_max, c, b, a, m, (m - d - 1) def mwf_leq(z: int, n: int, m: int, a: int, b: int, c: int, d: int) -> bool: """ Max Weighted Floor (mwf) の非再帰実装。 mwf(n,m,a,b,c,d) = max_{0 <= x < n} a*x + b*floor((c*x + d)/m) 返り値: mwf(n,m,a,b,c,d) <= z なら True、そうでなければ False を返す。 前提: - n > 0, m > 0 計算量/メモリ: - 時間: O(log m)(ユークリッド互除法的再帰による構造縮約) - 追加メモリ: O(1) """ assert n > 0 and m > 0 sum_acc: int = -z # 現在の累積和 while True: # c, d をそれぞれ 正の整数 m で割った剰余にする正規化 # Python の divmod は Flooring Division に基づくので、除数 m が正であるため # 元の c, d が負でも正規化後の剰余は 0 <= c < m, 0 <= d < m が保証される # 負の整数 % 正の整数 = 負の整数 となる言語(C++/Java など)では移植時に注意 q, c = divmod(c, m) # q = c // m, c = c % m a += b * q # c の商分を a に足す q, d = divmod(d, m) # q = d // m, d = d % m sum_acc += b * q # d の商分を s に足す assert 0 <= c < m and 0 <= d < m # 左端が z を超える場合は早期終了 if sum_acc > 0: return False # 0 ≤ x < n における y = floor((c*x+d)/m) の最大値を計算 y_max = (c * (n - 1) + d) // m # y_max == 0 の場合は右端が z を超えるか判定して終了 if y_max == 0: return (sum_acc + a * (n - 1)) <= 0 # どうしても z 以下な場合は早期終了 if sum_acc + max(0, a * (n - 1)) + max(0, b * y_max) <= 0: return True # y_max >= 1 の場合は再帰的に解く # c > 0, n > 1 のときにのみ y_max >= 1 となりうる if a >= 0: # a >= 0 の場合 : 右端が z を超える場合は早期終了 if (sum_acc + a * (n - 1) + b * y_max) > 0: return False else: # a < 0 の場合 sum_acc += a + b # 小問題へのパラメータ変換 n, m, a, b, c, d = y_max, c, b, a, m, (m - d - 1) def mwf_lr(L: int, R: int, m: int, a: int, b: int, c: int, d: int) -> int: """ max_{L <= x < R} a*x + b*floor((c*x + d)/m) を計算して返す。 既存の mwf(n, m, a, b, c, d)(0 <= x < n)を用いる。 前提: L < R, m > 0 計算量: 既存の mwf に準ずる(O(log m) スタイルの再帰)。 """ assert L < R and m > 0 n = R - L q, d = divmod(c * L + d, m) return a * L + b * q + mwf(n, m, a, b, c, d) def mwf_lr_leq(z: int, L: int, R: int, m: int, a: int, b: int, c: int, d: int) -> bool: """ max_{L <= x < R} a*x + b*floor((c*x + d)/m) <= z なら true、そうでなければ false を返す。 既存の mwf_ge(n, m, a, b, c, d)(0 <= x < n)を用いる。 前提: L < R, m > 0 計算量: 既存の mwf に準ずる(O(log m) スタイルの再帰)。 """ assert L < R and m > 0 n = R - L q, d = divmod(c * L + d, m) return mwf_leq(z - a * L - b * q, n, m, a, b, c, d) def compute_xmin_leq(D: int, A: int, B: int, K: int) -> int: """ x_min(D, A, B, K) を半開区間二分探索 [0, A'BK+2) で求めます(解なしは -1)。 前提: * D > 0, A > 0, B > 0, K >= 0(整数) 手順概要: 1) 既約化: g = gcd(D, A), D' = D/g, A' = A/g 2) (M', R') = divmod(A' * B, D')(A'B = D'*M' + R') 3) 閾値 T_Δ = B*K を設定 4) E(u) = B*u - M'*floor(D'u / A') 5) F(N) = max_{0 <= u < N} E(u) を mwf で評価(N > 0, m = A' > 0) 6) 区間 [0, A'BK+2) で述語 [F(u) <= T_Δ] を二分探索し、 F(u) <= T_Δ となる最大の u 、つまり T_Δ < E(u) となる最小の u を特定。x = D*u を返す。 備考: * R' = 0 かつ D'K + 1 >= A' のときは解が存在しないため -1 を返します。 * 解が存在する場合、 u_min は必ず [0, A'BK+2) の範囲に存在します。 """ import math assert D > 0 and A > 0 and B > 0 and K >= 0 gcd_DA = math.gcd(D, A) Dred, Ared = D // gcd_DA, A // gcd_DA Mred, Rred = divmod(Ared * B, Dred) Tdelta = B * K # 解なしをパラメータを用いて判定 if Rred == 0 and Dred * K + 1 >= Ared: return -1 # [0, hi) の半開区間、緩い上界 A'BK+1 を包括する hi = A'BK+2 を設定 lo, hi = 0, Ared * B * K + 2 # F(hi) > T の不変条件を確認 assert not mwf_lr_leq(Tdelta, lo, hi, Ared, B, -Mred, Dred, 0) # F(lo) <= T, F(hi) > T の不変条件で u_min を二分探索 while lo + 1 < hi: mid = (lo + hi) // 2 if mwf_lr_leq(Tdelta, lo, mid, Ared, B, -Mred, Dred, 0): lo = mid else: hi = mid # lo = u_min, hi = lo + 1 return D * lo def delta_val(D: int, A: int, B: int, x: int) -> int: """検算用 Δ(D,A,B,x)。""" P = x // D M = (A * B) // D Q = ((x // A) * M) // B return P - Q def solve(): """ 入力を受け取り、各ケースについて x_min(D, A, B, K) を求めて出力します。 """ import sys input = sys.stdin.readline T = int(input()) for _ in range(T): D, A, B, K = map(int, input().split()) assert 1 <= D assert 1 <= A assert 1 <= B assert 0 <= K ans = compute_xmin_leq(D, A, B, K) print(ans) if __name__ == '__main__': solve()