《組合數學》學習筆記 之 二項式係數

2022-08-13 22:24:18 字數 2683 閱讀 5398

換言之,楊輝三角。

由其可發現3個性質:

1) \(\binom=\binom\)

2) \(\sum\limits_^n \binom=2^n\)

3) 楊輝三角的項 \(\binom\) 的值代表從最上的點到這一項的路徑數。

設 \(n\) 是正整數,對所有的 \(x\) 和 \(y\) 有 \((x+y)^n=\sum\limits_^n \binom x^ky^\)

在 \(y=1\) 時有特殊情形 : \((1+x)^n=\sum\limits_^n \binom x^k\) ,也為常用公式。

1)\(k\binom=n\binom\)

將式子用定義開啟即可證。

2)\(\binom+\binom+\binom+...+\binom=2^n\)

令 \(x=1,y=1\) ,代入二項式定理即可證。(也可組合推理)

3)交錯和 \(\binom-\binom+\binom-\binom+...+(-1)^n\binom=0\)

也可寫成 \(\binom+\binom+...=\binom+\binom+...=2^\)

令 \(x=1,y=-1\) ,代入二項式定理即可證。(也可組合推理)

4)\(1\binom+2\binom+...+n\binom=n2^\)

利用 \(k\binom=n\binom\) ,左式可寫成 \(n\binom+n\binom+...+n\binom=n2^\)。

5)利用連續求導及關於 \(x\) 的乘法得到 \(\sum\limits_^n k^p\binom\) 關於正整數 \(p\) 的恒等式

由 \((1+x)^n=\sum\limits_^n \binom x^k\)

兩邊對 \(x\) 求導 : \(n(1+x)^=\sum\limits_^n \binom kx^\)

(令 \(x=1\) 可得 : \(n2^=\sum\limits_^n k\binom=\sum\limits_^n k\binom\) )

兩邊同乘 \(x\) 得 : \(nx(1+x)^=\sum\limits_^n \binom kx^k\)

兩邊對 \(x\) 求導 : \(n((1+x)^+x(n-1)(1+x)^)=\sum\limits_^n \binom k^2x^\)

(令 \(x=1\) 可得 : \(n(n+1)2^=\sum\limits_^n k^2\binom=\sum\limits_^n k^2\binom\) )

6)範德蒙卷積公式 \(\sum\limits_^n \binom\binom=\binom\)

特殊形式 \(\sum\limits_^n \binom^2=\binom\)

利用組合推理證明:

設 \(s\) 為擁有 \(m1+m2\) 個元素的集合,則 \(\binom\) 計數的是 \(s\) 的 \(n\) 元子集的數目。

把 \(s\) 劃分為 \(a,b\) 兩個子集,其中 \(|a|=m1,|b|=m2\)。

考慮每個 \(s\) 的 \(n\) 元子集,其包含 \(k\) 個 \(a\) 元素和 \(n-k\) 個 \(b\) 元素,\(k\) 為 \(0\) 到 \(n\) 之間的整數。

則 \(s\) 的 \(n\) 元子集可根據 \(k\) 的大小劃分為 \(n+1\) 個部分,而每部分的大小為 \(\binom\binom\)

由加法原理可得,\(\sum\limits_^n \binom\binom=\binom\)

\(\binom\) ,\(r\in r,k\in z\)

\[\begin

\binom=

\begin

\frac& k \leq 1\\

1& k=0\\

0& k\leq -1

\end

\end

\]公式 \(\binom=\binom+\binom\) 與 \(k\binom=r\binom\) 仍成立。

可由帕斯卡公式遞推得到兩個求和公式:

1)\(\binom+\binom+..\binom=\binom\)

在左式首加 \(\binom\) 即可證。

2)\(\binom+\binom+..\binom=\binom\)

在左式首加 \(\binom\) 即可證。

二項式係數序列 \(\binom,\binom,...,\binom\) 為單峰序列,最大者為 \(\binom=\binom\)

符號太難打了,略……

幾個匯出式在生成函式中很重要。

設(\(x,\leq\)) 為有限偏序集,設 \(r\) 為鏈的最大大小。則 \(x\) 可被劃分成 \(r\) 條反鏈,不可劃分成小於 \(r\) 條反鏈。

設(\(x,\leq\)) 為有限偏序集,設 \(m\) 為反鏈的最大大小。則 \(x\) 可被劃分成 \(m\) 條鏈,不可劃分成小於 \(m\) 條鏈。

二項式係數學習筆記

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