差分序列 學習中 持續更新

2022-04-29 21:15:10 字數 2571 閱讀 1630

目錄組合意義

定義:設\(f(x) = h_1, h_2, h_3...h_n...\)是乙個序列,那麼定義一階差分序列為:

\[\delta h_0, \delta h_1...\delta h_n...

\]其中$$\delta h_n = h_ - h_n$$

我們遞迴的定義$$\delta^ph_0, \delta^ph_1, \deltaph_2...\deltaph_n...(p \ge 1)$$為\(f(x)\)的\(p\)階差分序列,其中\(\delta^ph_n = \delta(\delta^h_n)\)

特別的,乙個序列的\(0\)階差分序列是它自己。

性質與相關定理

定理1 設序列的通項是n的p次多項式,即:

\[h_n = a_pn^p + a_n^... + a_1n + a_0(n \ge 0)

\]則對所有的\(n \ge 0,\delta^h_n = 0\)

可以用歸納法證明:

差分的線性性 :定義序列:\(h_n = f_n + g_n\)

那麼顯然有\(\delta h_n = \delta g_n + \delta f_n\)

進一步歸納可以得到:

\[\delta^p(cg_n + df_n) = c\delta^p g_n + d\delta^p f_n

\]利用差分的線性性和差分表第0條對角線(最左邊那個右下方向的),可以確定整個序列,因此可以引申出如下定理:

定理2 假設差分表第0條對角線為:\(c_0, c_1, c_2, c_3...c_p,0,0,0...\),其中\(c_p != 0\)

那麼我們有:

\[h_n = c_0 \binom + c_1 \binom + ... + c_p \binom

\]所以:

\[\sum_^n h_k = c_0 \sum_^n \binom + c_2 \sum_^n \binom + ... + c_p \sum_^n \binom

\]因為組合數性質:(大概可以用楊輝三角理解一下)

\[\sum_^ \binom = \binom

\]可以得到:

\[\sum_^h_k = c_0 \binom + c_1 \binom + ... + c_p \binom

\]\(\delta\) 乙個複雜度\(o(次數)\)的求部分和的公式

出現在差分表第0條對角線上的那些數具有其組合意義。

討論(未完成,瞎寫的,不要看)

設\[h_n = n^p

\]那麼差分表的第0條對角線有如下形式:

\[c(p, 0), c(p, 1), c(p, 2)...c(p, p), 0, 0...

\]因此有

\[n^p = c(p, 0) \binom + c(p, 1) \binom + ... + c(p, p) \binom

\]記為1式。

如果p = 0, 則h_n = 1,它是乙個常數,因此上式變為:

\[n^0 = 1 = 1 \binom = 1

\]特別的,

\[c(0, 0) = 1

\]因為若\(p \geq 1\),則作為\(n\)的多項式,\(n^p\)有乙個等於0的常數項,所以:

\[c(p, 0) = 0 (q \geq 1)

\]為了方便表示,我們用更加簡潔的符號來表示排列數,即\([n]_k = p(n, k)\),表示\(n\)個不同物件的\(k\)排列數。

我們通過引入新的表示式來改寫1式。則1式可以被表示為:

\[[n]_k = begin

n(n - 1)...(n - k + 1) \quad (k \geq 1) \\

1 \quad (k = 0)

end\]

同時注意到:

\[[n]_ = (n - k)[n]_k

\]因為

\[\binom = \frac = \frac

\]由此得到:

\[[n]_k = k! \binom

\]因此,我們可以將1式進一步的改寫為:

\[n^p = c(p, 0)\frac + c(p, 1)\frac + ... +c(p, p)\frac

\]\[= \sum_^p c(p, k)\frac = \sum_^p\frac[n]_k

\]我們引入第二類斯特林數。記:

\[s(p, k) = \frac \quad (0 \le k \le p)

\]因此改寫後的1式可以更進一步變為:

\[n^p = s(p, 0)[n]_0 + s(p, 1)[n]_1 + ... + s(p, p)[n]_p = \sum_^s(p, k)[n]_k

\]因為

\[s(p, 0) = \frac = c(p, 0)$$.

因此:$$s(p, 0) = \begin

1 \quad (p = 0)\\

0 \quad (p \geq 1)

\end\]

(沒寫完……)

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