學習筆記 拉格朗日反演

2022-05-23 21:00:08 字數 1481 閱讀 1436

我真的是吐了,最近學什麼都學不懂。

這個東西還是 \(\tt oneindark\) 去翻**搞懂的,我只能拾人牙慧了。

對於原函式 \(y=f(x)\),我們想求乙個反向對映\(g(y)=x\),也就是滿足下列的關係式:

\[g(f(x))=x

\]但是這個反演是有限制的,\(f,g\) 只能含有 \(x\) 的正整數次冪,在下面的推導中我會告訴你為什麼。

用 \([x^k]\) 表示 \(f(x)\) 中第 \(k\) 項的係數,先寫結論:

\[[x^n]g(x)=\frac[x^]\frac=\frac[x^]\frac

\]上面的結論給出了 \(g\) 怎麼求,設 \(g(x)=\sum_^\infty b_ix^i\),我們把它帶進定義式 \(g(f(x))=x\) 裡面:

\[\sum_^\infty b_if(x)^i=x

\]兩邊以自變數 \(x\) 求導:

\[\sum_^\infty ib_if(x)^f'(x)=1

\]仔細觀察結論式,現在我們已經得到 \(1\) 了,所以兩邊除以 \(f(x)^n\) 可以得到類似的結構:

\[\sum_^\infty ib_if(x)^f'(x)=\frac

\]繼續觀察結論式,我們把 \(n\) 這一樣單獨拆出來才可能得到係數:

\[nb_n\frac+\sum_^\infty ib_if(x)^f'(x)=\frac

\]下一步就需要逆向思維了,根據鏈式法則我們知道 \((f(x)^)'=(i-n)f(x)^f'(x)\),那麼把這個東西再換回去:

\[nb_n\frac+\sum_^\infty\frac(f(x)^)'=\frac

\]因為 \(f(x)^\) 是形式冪級數,而形式冪級數求導永遠不會得到 \([x^]\) 這一項,如果我們單看這一項就可以把這個形式冪級數扔掉了,那麼式子就簡單很多,我們和結論式愈加接近了:

\[[x^]nb_n\frac=[x^]\frac

\]剩下的工作就是暴力把 \(\frac\) 展開:

\[\frac=\frac^\infty ia_ix^}^\infty a_ix^i}

\]\[=\frac^\infty ia_ix^}\times\frac^\infty\fracx^}

\]\[=(x^+a)\frac

\]\[=(x^+a)(1+\sum_^(-1)^ib^i)

\]其中 \(a,b\) 都代表了兩個無關緊要的形式冪級數,他們都不會給 \(x^\) 造成影響,那麼:

\[[x^]\frac=1

\]把他帶到我們推出的式子中,得到:

\[b_n=\frac[x^]\frac

\]\[[x^n]g(x)=\frac[x^]\frac=\frac[x^]\frac

\]這個只能背結論了,我也沒辦法,若 \(h(0)=0\):

\[[x^n]h(g(x))=\frac[x^]\frac

\]例題1:大朋友和多叉樹,這是很基本的應用了

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