Binomiaalinen kerroin

Binomikerroin  on kerroin termin edessä Newtonin binomiaalin laajennuksessa potenssien . Kerroin at on merkitty tai ja se on "binomiaalinen kerroin alkaen " (tai " yhdistelmien lukumäärä alkaen "):

luonnollisille voimille . _

Binomiaaliset kertoimet voidaan määrittää myös mielivaltaisille reaalieksponenteille . Kun kyseessä on mielivaltainen reaaliluku, binomikertoimet määritellään lausekkeen laajentamisen kertoimina äärettömäksi potenssisarjaksi :

,

missä ei-negatiivisten kokonaislukujen tapauksessa kaikki kertoimet at katoavat ja siksi tämä laajennus on äärellinen summa.

Kombinatoriikassa binomikerroin ei - negatiivisille kokonaisluvuille ja tulkitaan yhdistelmien lukumääräksi by , eli kaikkien (ei-tiukkojen ) osajoukkojen ( näytteiden ) lukumääränä -elementtijoukossa .

Binomiaaliset kertoimet syntyvät usein kombinatoriikan ja todennäköisyysteorian ongelmissa . Binomien kertoimien yleistys ovat multinomikertoimia .

Eksplisiittiset kaavat

Laskemalla kertoimet potenssisarjan laajennuksessa voidaan saada eksplisiittiset kaavat binomikertoimille .

Kaikille reaaliluvuille ja kokonaisluvuille :

,

jossa  tarkoittaa faktoriaalia . _

Ei-negatiivisille kokonaisluvuille ja kaavat ovat myös voimassa:

.

Negatiivisten kokonaislukujen eksponentien binomiaaliset laajennuskertoimet ovat:

.

Pascalin kolmio

Identiteetti:

voit järjestää binomikertoimet ei-negatiivisille kokonaisluvuille Pascalin kolmion muodossa , jossa jokainen luku on yhtä suuri kuin kahden suuremman summa:

.

Kolmiotaulukko, jonka Pascal ehdotti tutkielmassaan aritmeettisesta kolmiosta (1654), eroaa tässä kirjoitetusta taulukosta 45°:n kierroksella. Taulukot binomikertoimien näyttämiseksi tunnettiin aikaisemmin ( Tartaglia , Omar Khayyam ).

Jos Pascalin kolmion jokaisella rivillä kaikki luvut jaetaan luvulla (tämä on rivin kaikkien lukujen summa ), niin kaikki suorat , kulkiessaan äärettömään, ovat normaalijakauman funktion muodossa .

Ominaisuudet

Luodaan funktioita

Kiinteälle arvolle binomikertoimien sarjan generoiva funktio on:

.

Kiinteälle arvolle kerroinsekvenssin generoiva funktio on:

.

Kokonaislukujen binomiaalisten kertoimien kaksiulotteinen generointifunktio on:

, tai .

Jaettavuus

Luukkaan lauseesta seuraa, että:

Perusidentiteetit

Newtonin binomi ja seuraukset

mutta yleisemmin

.

Vandermonden konvoluutio ja seuraukset

Vandermonden konvoluutio :

,

missä a . Tämä identiteetti saadaan laskemalla kerroin at laajennuksessa ottaen huomioon identtisyys . Summa otetaan yli kaikki kokonaisluvut , joille . Satunnaisten reaalilukujen tapauksessa nollasta poikkeavien ehtojen määrä summassa on äärellinen.

Vandermonden konvoluution seuraus:

.

Yleisempi identiteetti:

jos .

Toinen konvoluution seuraus on seuraava identiteetti: .

Muut identiteetit

.

On myös tasa-arvoa:

Mistä se tulee:

,

missä  on sijoittelujen määrä välillä - .

Matriisirelaatiot

Jos otamme neliömatriisin laskemalla elementit Pascalin kolmion jalkoja pitkin ja kiertämällä matriisia millä tahansa neljästä kulmasta, niin näiden neljän matriisin determinantti on ±1 mille tahansa , ja matriisin determinantti, jonka kärki on kolmio vasemmassa yläkulmassa on 1.

Matriisissa diagonaalin numerot toistavat Pascalin kolmion ( ) rivien numerot. Se voidaan hajottaa kahden tiukasti diagonaalisen matriisin tuloksi: alemman kolmiomaisen ja siitä transponoimalla saadun matriisin tuloksi:

,

missä . Käänteimatriisilla k on muoto:

.

Siten on mahdollista hajottaa käänteinen matriisi k kahden tiukasti diagonaalisen matriisin tuloksi: ensimmäinen matriisi on ylempi kolmiomainen ja toinen saadaan ensimmäisestä transponoimalla, mikä antaa meille mahdollisuuden antaa eksplisiittinen lauseke käänteiset elementit:

, missä , , , .

Käänteismatriisin elementit muuttuvat sen koon muuttuessa, eikä, toisin kuin matriisissa , riitä uuden rivin ja sarakkeen osoittaminen. Matriisin sarake on argumentissa astepolynomi , joten ensimmäiset p sarakkeet muodostavat täydellisen perustan pituisten +1 vektorien avaruudessa , joiden koordinaatit voidaan interpoloida saman tai pienemmän asteisen polynomin avulla . Matriisin alarivi on ortogonaalinen mihin tahansa sellaiseen vektoriin.

varten , jossa on asteen polynomi .

Jos mielivaltaisen pituinen vektori voidaan interpoloida asteen polynomilla , niin matriisin pistetulo riveillä (numeroitu 0:sta) on nolla. Käyttämällä yllä olevaa identiteettiä ja matriisin alarivin ja matriisin viimeisen sarakkeen pistetulon ykseyttä , saamme:

.

Jos eksponentti on suurempi , voit asettaa rekursiivisen kaavan:

,

missä on polynomi

.

Todistaaksemme sen määritämme ensin henkilöllisyyden:

.

Jos sinun ei tarvitse löytää kaavaa kaikille eksponenteille, niin:

.

Suurin kerroin on 1, muiden kertoimien löytämiseen tarvitaan a-1 arvoja:

varten .

Asymptotiikka ja arviot

Se seuraa suoraan Stirlingin kaavasta , että for on totta .

Kokonaislukupolynomit

Binomikertoimet , ... ovat kokonaislukupolynomeja , eli ne ottavat kokonaislukuarvot kokonaislukuarvoille , - tämä on helppo ymmärtää esimerkiksi Pascalin kolmiosta. Lisäksi ne muodostavat perustan kokonaislukuarvoisille polynomeille, joissa kaikki kokonaislukuarvoiset polynomit ilmaistaan ​​lineaarisina yhdistelminä kokonaislukukertoimien kanssa. [yksi]

Samanaikaisesti vakiokanta , … ei salli kaikkien kokonaislukupolynomien ilmaisemista, jos käytetään vain kokonaislukukertoimia, koska sillä on jo murto-osakertoimia potenssilla .

Tämä tulos yleistyy monien muuttujien polynomeihin. Nimittäin jos astepolynomilla on todelliset kertoimet ja se ottaa muuttujien kokonaislukuarvoiksi kokonaislukuarvot, niin

,

jossa  on polynomi kokonaislukukertoimilla. [2]

Laskenta-algoritmit

Binomikertoimet voidaan laskea käyttämällä rekursiivista kaavaa , jos arvot tallennetaan jokaiseen vaiheeseen . Tämä algoritmi on erityisen tehokas, jos haluat saada kaikki arvot kiinteälle . Algoritmi vaatii muistia ( koko binomikertoimien taulukkoa laskettaessa) ja aikaa (olettaen, että jokainen luku vie muistiyksikön ja numeroilla suoritetaan operaatioita aikayksikköä kohti), missä  — « » on suuri .

Kiinteällä arvolla binomikertoimet voidaan laskea rekursiivisella kaavalla , jonka alkuarvo on . Tämä menetelmä vaatii muistia ja aikaa arvon laskemiseen .

Jos haluat laskea kertoimet kiinteälle arvolle , voit käyttää alkuehdon kaavaa . Jokaisessa iterointivaiheessa osoittajaa pienennetään (alkuarvo on ), ja nimittäjää vastaavasti kasvatetaan (alkuarvo on ). Tämä menetelmä vaatii muistia ja aikaa arvon laskemiseen .

Muistiinpanot

  1. Prasolov V. V. Luku 12. Kokonaislukuarvoiset polynomit // Polynomit . — M .: MTsNMO , 1999, 2001, 2003.
  2. Yu Matiyasevitš. Hilbertin kymmenes ongelma. - Tiede, 1993.

Kirjallisuus