學習母函式感慨

2021-07-09 06:35:56 字數 2160 閱讀 4703

對於母函式剛開始的時候筆者也覺得這實在是太難啊,但是在我靜下心來的時候開始看的時候才發現原來是這麼簡單啊;

對於母函式一般可分為普通型母函式和指數型母函式這兩種型別;

普通型母函式形式: f(x) = a0 + a1x  + a2x^2 + ....+ anx^n;

指數型母函式形式:  f(x) = a0 + a1(x)/1!  + a2(x^2)/2! + ....+an(x^n)/n!; 

母函式的定義:

在數學中,某個序列的母函式是一種形式冪級數,其每一項的係數可以提供關於這個序列的資訊;

也就是說母函式是針對某個序列的,它的外在表現形式是一種形式冪級數,比如說有這樣乙個序列a0,a1,....,an,構造乙個函式

f(x) = a0+a1x+a2x^2+.....+anx^n;

則f(x)是序列a0,a1,a2,......,an的母函式。比如說最常見的(1+x)^n,它是序列c(n,1),c(n,2),c(n,3),.....c(n,n)的母函式;

普通母函式解決的問題:

1.口袋中有白球2個,紅球3個,黃球1個,從袋中摸出3個球有幾種取法?

和上面描述的例子類似,我們可以用次數代表球的個數,多項式的每一項前面的係數代表取法的種樹。

可以很容易地寫出下面這個式子:

(1+x+x2

)(1+x+x2

+x3)(1+x)

(1+x+x2

)表示有白球2個,1表示白球不取,x代表取1個白球,x2代表取2個白球,即用x的次數表示取球的個數,後面的也是類似。那麼這個多項式的乘積就把所有的情況都表示出來了,對於最終乘積的每一項an

xn,表示取n個球有an

種取法。

2.有若干個1克,2克,5克的砝碼,要稱出20克的重量,有多少種稱法?

這裡不限制砝碼的個數,無所謂,照樣寫出母函式:

(1+x+x2

+x3+......xk

+....)(1+x2

+x4+x6

......+x2n

+......)(1+x5

+x10

+......x5m

+......)

因為要稱出20克,所以只需要找找到結果中次數為20 的那一項就可以得到結果。

3.同樣對於正數劃分也可以解決,比如有整數20,劃分成1,2,5,有多少種劃分方法?

解法和2的類似。

還有一類題目和這類似,有n個球放到m個盒子中,有多少種不同的放法?

(1+x+x2+x3+...xk+...)(1+x+x2+x3+...xk+...)(1+x+x2+x3+...xk+...)總共有m項,然後找出乘積中次數為n的那一項係數。

指數型母函式:

1.口袋中有白球2個,紅球3個,黃球1個,任取3個作為乙個排列,總共有多少種排列?

類似地用指數型母函式解決

用(1+x/1!+x2

/2!)表示取白球0個,1個或者2個

那麼(1+x/1!+x2

/2!)(1+x/1!+x2

/2!+x3

/3!)(1+x/1!)來表示所有的排列結果。

=1+3x+4x2

+19x3

/6+19x4

/12+6x5

/12+x6

/12=1+3*(x/1!)+8*(x2

/2!)+19*(x3

/3!)+38*(x4

/4!)+60*(x5

/5!)+60*(x6

/6!)

找到次數為3的那一項,係數為19,那麼總共有19種排列。

2.用1,2,3,4能夠組成多少個5位數,要求1出現2次或者3次,2出現0次或者1次,3沒有限制,4只出現偶數次。

(x2/2!+x3

/3!)(1+x)(1+x/1!+x2

/2!+x3

/3!+.....xk

/k!+....)(1+x2

/2!+x4

/4!+......+x2n

/(2n)!+......)

每個式子的含義就不多解釋了,讀者應該能看懂它的含義。最終的結果就是x5

/5!這一項的係數。

用**去實現母函式的計算過程很簡單,它是模擬我們人工計算多項式乘積的過程,比如有多項式h1*h2*h3......

我們先計算h1和h2的乘積,得到結果h',再用h'和h3相乘......依次類推下去,直到得到最終的結果。

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