第一卷 正文

4xx|yyyy

  k=5x|yyyyy

  k=6|yyyyyy

  「啊……从x到y慢慢地移动。」

  没错,将全部n次方分配到x与y上,就像『平分』围巾一样。

  「学、学长!你还记得这个话题啊……」

  7.4于自家中解生成函数的积

  夜深了,家人也都睡了,我独自在房间静下来思考。C<n>的递推公式已经完成了。

  C<0>=1

  C<n+1>=C<k>C<n-k>(n≥0)

  而我接下来想尝试一样东西,那就是生成函数的解法。

  米尔迦和我曾寻找过斐波那契数列的一般项,那时候她将数列与生成函数做了对应,我们在两个国度——『数列之国』与『生成函数之国』中环绕。

  我打开笔记本,一边搜寻记忆一边开始写下。

  当得到数列a<0>,a<1>,a<2>,……,a<n>……之后,就将数列各项的系数以a<0>+a<1>x+a<2>x<平方>+……+a<n>x<n次方>+……形式的幂级数来表现,这就是生成函数,然后以下面的对应关系,将数列与生成函数视为一样的东西……

  数列←→生成函数

  a<0>,a<1>,a<2>,……,a<n>……←→a<0>+a<1>x+a<2>x<平方>+……+a<n>x<n次方>+……

  如此对应的话,就可以将无穷的数列以一个生成函数呈现,而且若是将生成函数以闭公式表现,就会得到数列一般项的闭公式这个令人赞叹的结果。

  我和米尔迦使用生成函数求得斐波那契数列的一般项,就像原本捧在手上快要散落的数列,被名为生成函数的一条线串了起来,那真是一次难以言喻的经验。

  我想用这种解法来解开这次的问题。

  ※※(求Cn闭公式的旅行地图)

  数列C<n>→生成函数C(x)

  ↓

  数列C<n>的闭公式←生成函数C(x)的闭公式

  由n个加号构成的式子设成C<n>,则得数列C<0>,C<1>,C<2>,……,C<n>……。

  再将此数列之生成函数设为C(x),x是为了不让数列混乱的形式上变数,x<n次方>的指数n会与C<n>的n对应,则C(x)会如下所示。

  C(x)=C<0>+C<1>x+C<2>x<平方>+……+C<n>x<n次方>+……

  以上是生成函数的定义,到这里为止还不需要动脑筋,没错,要到生成函数的国度是很简单的。

  要动脑的部分从现在才开始。

  现在我手上拥有的武器只有C<n>的递推公式而已,下一步是要用递推公式求C(x)的闭公式,我想求出C(x)的『对x的闭公式』,而这个式子应该不会出现n。

  不过,这次的递推公式不像斐波那契数列那时候一样单纯,那时候确实是在生成函数中乘上x,然后不断地『移动』系数,最后相加相减才将n消掉。

  但是这次的递推公式C<n+1>=Σ<k=0到n,C<k>C<n-k>>相当麻烦,是在C<k>C<n-k>这个积上再加入了Σ,形成繁琐的『积的和』形式。

  嗯?

  「积的和」……吗?

  而且是C<k>和C<n-k>这种「标记之和为n」的形式……吗?

  原来如此。

  我想起自己对蒂蒂说过的话了。

  ……不要将n-k和k分开思考,而是要想『和就是n』,然后在这个和中从0到n间取平衡……

  这次的递推公式也很类似,C<k>和C<n-k>的标记之和为n,然后为了和的平衡,k会在0与n之间变动。

  现在知道的递推公式C<n+1>=Σ<k=0到n,C<k>C<n-k>>是这样表现的,假如能好好运用Σ<k=0到n,C<k>C<n-k>>作成「积的和」的形式,就可以用这样比较单纯的项置换。

  仔细想想,有哪些场合会出现「积的和」。

  ……将(x+y)(x+y)(x+y)这种「和的积」变成x<立方>+3x<平方>y+3xy<平方>+y<立方>这种「积的和」,这就是展开……

  将「和的积」展开,就会变成「积的和」吗?

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