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二项式反演小记

时间:2024-06-07 19:11:52浏览次数:24  
标签:begin 二项式 end sum 反演 choose delta aligned 小记

篇幅有限,仅记录公式及极简证明。

定义

\[\begin{aligned} &f(n)=\sum_{i=0}^n(-1)^i{n\choose i}g(i)\Leftrightarrow g(n)=\sum_{i=0}^n(-1)^i {n\choose i} f(i) & (1) \\ &f(n)=\sum_{i=0}^n{n\choose i}g(i)\Leftrightarrow g(n)=\sum_{i=0}^n(-1)^{n+i} {n\choose i} f(i) & (2) \\ &f(n)=\sum_{i=0}^m{i\choose n}g(i)\Leftrightarrow g(n)=\sum_{i=0}^m(-1)^{n+i}{i\choose n} f(i),m\ge n & (3) \end{aligned} \]

注意 \((2)(3)\) 式的 \((-1)\) 的指数可能和别处不一样,但是本质是一样的,而且我更倾向用这种表述,理由见下。

证明

\((1)\)

实际上组合意义同样而可以证明,但是并不完美。

因此从代数角度证明:

\[\begin{aligned} &\sum_{i=0}^n (-1)^i {n\choose i} f(i) \\ =&\sum_{i=0}^n(-1)^i{n\choose i}\sum_{j=0}^i(-1)^j{i\choose j}g(j) \\ =&\sum_{i=0}^n(-1)^{n}\sum_{j=0}^i (-1)^{j} (-1)^{n-i}{n\choose i}{i\choose j}g(j) \end{aligned} \]

这里可以很容易发现不同的意义,\((-1)^{n-i}{n\choose i}\) 的意义是 \((x-1)^n\) 中 \(x^{i}\) 中的系数;而 \(i\choose j\) 表示 \((x+1)^i\) 中 \(x^{j}\) 的系数,也可以表示 \(x^i\) 中 \((x-1)^j\) 的系数。合在一起可以容易得到意义是 \((x-1)^n\) 中 \((x-1)^j\) 的系数,显然等于 \(\delta_{nj}\),因此有:

\[\begin{aligned} &\sum_{i=0}^n (-1)^i {n\choose i} f(i) \\ =&\sum_{i=0}^n(-1)^{n}\sum_{j=0}^i (-1)^j (-1)^{n-i}{n\choose i}{i\choose j}g(j) \\ =&\sum_{i=0}^n(-1)^{n}\sum_{j=0}^i (-1)^j \delta_{nj} g(j) \\ =&\sum_{i=0}^n(-1)^{n}(-1)^i\delta_{ni} g(i) \\ =&g(n) \end{aligned} \]

即证。

\((2)(3)\) 同理。

标签:begin,二项式,end,sum,反演,choose,delta,aligned,小记
From: https://www.cnblogs.com/imcaigou/p/18237738

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