Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
kombinatorika-tkg.pdf
Скачиваний:
48
Добавлен:
15.04.2015
Размер:
755 Кб
Скачать
☆

Решение. Пусть свойство si: ai=i. Тогда Ni1 ,...,is = (n − s)!

В ∑ Ni1 ,...is имеется Cns слагаемых (см. пример 4.2). Далее

1≤i1 <...<is ≤n

по формуле (2.4) получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N (r) = (n − r)!Cnr

−Crr+1 (n −(r +1))!Cnr +1 +

 

 

 

 

 

 

+Crr+2 (n −(r + 2))!Cnr +2 +... +(−1)s−r Csr (n − s)!Cns +...

 

+(−1)n−r Cnr 0!Cnn =

n!

 

 

−

 

n!

 

(r +1)!

+

n!

 

+...

 

 

 

 

 

r!

(r

+1)!

 

 

r!2!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r!1!

 

 

 

 

 

 

+(−1)s−r

s!

 

(n − s)!

 

 

n!

 

 

+... +(−1)n−r

 

 

n!

 

=

(s −r)!r!

(n − s)!s!

(n −r)!r!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

n!

 

 

1

 

+... +(−1)s−r

 

1

 

 

+... +(−1)n−r

 

 

n!

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r!

2!

(s −r)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n −r)!

 

 

 

 

n!

n

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∑ (−1)s−r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(s −r)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r! s=r +2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 5. Производящие функции. Основные операции. Примеры использования.

Производящие функции

Очень часто непосредственно работать с последовательностями достаточно сложно. Для облегчения такой работы числовой последовательности можно поставить в соответствие некоторую функцию, таким образом, чтобы обычные операции над последовательностями соответствовали бы простым операциям над соответствующими функциями.

Наиболее частым в комбинаторике является сопоставление последовательности ее производящей функции.

Определение. Пусть дана последовательность a0,a1,a2,…. Ряд

∞

A(s) = ∑ak sn называется производящей функцией (ПФ) для по-

k =0

следовательности {an }, s R .

Замечание. Если ряд A(s) сходится к функции f(s), то функция f(s) также называется ПФ для {an}.

17

Основные операции

Пусть xk, yk, zk, k=0,1,2… - последовательности, а X(s), Y(s) и Z(s)

- соответствующие им ПФ.

Линейные операции

Если a и b - константы, то последовательность zn=axn+byn имеет ПФ z(s)=aX(s)+bY(s).

Доказательство.

∞

∞

∞

∞

Z (s) = ∑zk sk =∑(axk +byk )sk = a∑xn sk +b∑yn sk =

k =0

k =0

k =0

k =0

= aX (s) +bY (s)

Сдвиг начала

Последовательность yk=0, для k=0,…,i-1; yk=xk-i, k=i,i+1,… име-

ет производящую функцию Y(s)=X(s)si. Доказательство.

 

 

 

∞

 

 

∞

 

 

∞

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

Y (s) = ∑yk sk =∑yk sk =∑xk −i sk = si ∑xk −i sk −i =

 

 

 

 

 

 

k =0

 

k =i

 

k =i

 

 

 

k =i

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= si ∑xk sk =si X (s)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Последовательность yk = xk+i, k=0,1,2,… имеет ПФ

 

 

 

 

 

 

 

 

i−1

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y (s) = X (s) −∑xk s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =0

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

∞

 

 

 

1

 

 

∞

 

i−1

i−1

 

 

Y (s) = ∑yk sk =∑xk +i sk =

 

∑xk +i sk +i + ∑xk sk −

∑xk sk

=

 

 

i

 

 

 

k =0

 

k =0

 

 

s

k =0

 

k =0

k =0

 

 

 

1 ∞

 

k

i−1

k

1

 

 

i−1

 

k

 

 

 

=

 

 

∑xk s

 

−∑xk s

=

 

 

 

X (s) −∑xk s

 

 

 

 

s

i

 

s

i

 

 

 

 

 

 

k =0

 

 

k =0

 

 

 

 

 

 

k =0

 

 

 

 

 

Частичные суммы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X (s)

 

 

 

 

Если yk

= ∑xi , k = 0,1,2,... , то Y (s) =

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i =0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 − s

 

 

 

Доказательство.

18

 

∞

 

∞ k

∞

∞

 

 

 

 

 

 

 

Y (s) = ∑yk sk =∑∑xi sk =∑∑xi sk =

 

 

k

 

 

 

k =0

 

k =0 i=0

i=0 k =i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞ ∞

 

 

∞

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

∑∑xi si sk −i =∑xi si

∑sk −i =

 

 

 

 

 

 

 

 

i=0 k =i

 

 

i=0

k =i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

∞

1

 

X (s)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∑xi si

=

 

 

 

 

 

Область

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 − s

1 − s

 

 

i=0

 

 

 

 

суммирования

 

Дополнительные частичные суммы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

∞

Если существует X (1) = ∑xk

и если yk = ∑xi ,k = 0,1,2,..., то

 

 

 

 

 

k =0

 

i =k

Y (s) =

X (1) − sX (1)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 − s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

∞

∞

 

 

 

∞

i

 

Y (s) = ∑yk sk =∑∑xi sk =∑∑xi sk =

 

 

k =0

 

 

k =0 i=k

 

=

i=0 k =0

= ∑xi ∑sk

=∑xi

1 −s

i+1

 

 

1 [∑xi −

∞

i

 

∞

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

1 −s

 

 

 

i=0

k =0

 

i=0

 

 

 

1 −s

i=0

∞

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

−∑xi si+1 ] =

[ X (1) −sX (s)]

 

 

1 −s

 

i=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

i

Область

суммирования

Изменение масштаба.

Последовательность yk=kxk, k=0,1,2,…, имеет ПФ Y(s)=sX'(s). Доказательство.

 

 

∞

∞

∞

Y (s) = ∑yk sk =∑kxk sk =s(∑xk sk )' = sX '(s)

 

 

k =0

k =0

k =0

Последовательность

yk=xk/(k+1), k=0,1,2,… имеет ПФ

 

1

s

 

 

Y (s) =

∫x(t)dt

 

 

s

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

Доказательство.

19

 

 

∞

∞

 

 

1

∞

 

1

∞

Y (s) = ∑yk sk =∑

xk

sk =

∑

xk

sk +1 =

∑xk tk dt =

 

 

 

 

 

 

k =0

k =0 k

+1

 

s k =0 k +1

 

s k =0

 

1

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

∫X (t)dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свертка

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Последовательность

 

zk = ∑xi yk −i ,k = 0,1,2,... имеет ПФ

i =0

Z(s)=X(s)Y(s).

Примеры использования ПФ

Пример 5.1 Найти ∑t Cnj−i .

i=1

Решение: Обозначим xij = Cnj−i . Для каждого фиксированного i

будем рассматривать xij как последовательность, задаваемую индексом j. Тогда

Xi(s)=(1+s)n-i

Нам необходимо определить последовательность y j = ∑t xij .

i=1

ПФ для yj имеет вид:

Y (s) = ∑t

X i (s) =∑t

(1+ s)n−i =(1+ s)n ∑t

(

1

)i =

1+ s

 

i=1

 

i=1

 

i=1

 

 

=

(1+ s)n

 

−

(1+ s)n−t

 

 

 

 

 

s

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как (1+s)n/s и (1+s)n-t/s являются сдвигами начала для функций (1+s)n и (1+s)n-t соответственно, то

y j = ∑t Cnj−i =Cnj+1 −Cnj−+t1. i=1

20

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]