普通型生成函数
普通型生成函数
一、定义
构造这么一个多项式函数 \(F(x)\),使得 \(x\) 的 \(n\) 次方系数为 \(f(n)\)。
二、格式声明
==
为逻辑判断符,=
为运算符号
[表达式]
表达式值为真返回\(\ 1\),否则返回\(\ 0\)
<>
中表示序列、f()
、g()
表示原函数、F()
、G()
表示生成函数
拿斐波那契数列举个例子:
三、常见操作
h()
表示操作后的函数,H()
表示操作后的生成函数
1.数乘
2.加减
3.右移(k位)
4.求导
5.卷积
6.取项
四、全是例子
建议蒙住右边的生成函数一列,这样食用效果更佳
点击注脚查看证明,*
为卷积
编号 | 记法 | 函数 | 数列 | 生成函数 |
---|---|---|---|---|
\(T_1\) | 无 | \(f(x)\to f(x-1)\) | 无 | \(F(x)\to xF(x)\) |
\(T_2\) | \(1\) | \(f(x) = 1\) | \(<1,1,1,…,1,1,1>\) | \(F(x)= 1 + x + x^2 + x^3 + …=\frac{1}{1-x}\)[1] |
\(T_3\) | \([n == 1]\) | \(f(x) = \begin{cases}1&x==1\\0&otherwise\end{cases}\) | \(<0,1,0,…,0,0>\) | \(F(x) = 1\) |
\(T_4\) | \([n\%3 == 0 ]\) | \(f(x) = \begin{cases}1&x\%3 == 0\\0&otherwise\end{cases}\) | \(<1,0,0,1,0,0,…>\) | \(F(x) = 1 + x^3 + x^6 + x^9 + … = \frac{1}{1-x^3}\)[2] |
\(T_5\) | \([n\geq 3]\) | \(f(x) = \begin{cases}1&x\geq 3\\0&otherwise\end{cases}\) | \(<0,0,0,1,1,1,…>\) | \(F(x) = x^3 + x^4 + … = \frac{x^3}{1-x}\)[3] |
\(T_6\) | \([n\leq3]\) | \(f(x) = \begin{cases}1 & x\leq3\\0&otherwise \end{cases}\) | \(<1,1,1,1,0,0,…>\) | \(F(x) = \frac{1}{1-x} - \frac{x^4}{1-x}\)[4] |
\(T_7\) | \(2^n\) | \(f(x) = 2^x\) | \(<1,2,4,8,…>\) | \(F(x)=1 + 2x + 4x + … = \frac{1}{1-2x}\)[5] |
\(T_8\) | \(n\) | \(f(x) = x\) | \(<0,1,2,3,…>\) | $F(x) = 1 + 2x + 3x^2+… =1*1 = \frac{1}{(1-x)^2} $(此处\(1*1\)的\(1\)为\(T_2\)的记法) |
五、全是例题
Q1. 有1g、2g、3g、4g的砝码各一个,问对于一些重量,求方案数
答案数列为:\(<1,1,1,2,2,2,2,2,1,1,1>\)
Q2. n个盘子的汉诺塔问题
更详细推导过程详见[6]
Q3.无限砝码1g,2g,3g,4g
Q4.斐波那契数列
Q5.
证明:\(xF(x) + 1= 1 + x + x^2 + x^3 + … = \frac{1}{1-x} = F(x)\\ \Downarrow \\F(x) = \frac{1}{1-x}\) ↩︎
证明:令\(t = x^3\)、套用\(T_2\)即可 ↩︎
证明:\(\frac{F(x)}{x^3} = 1 + x + x^2 = \frac{x^3}{1-x}\) ↩︎
证明:从\(0\)到\(\infty-\)从\(4\)到\(\infty=\)从\(0\)到\(3\) ↩︎
证明:\(F(x) = 1 + (2x) + (2x)^2 + (2x)^3 + …\)再用 ↩︎
推导:\(f(x-1)\)生成函数为\(G(x) = xF(x)\)(右移),\(2f(x-1)\)生成函数为\(H(x) = 2G(x) = 2xF(x)\)(数乘),\(2f(x-1)+1\)生成函数即为\(F(x) = H(x) + \frac{1}{1-x}=2xF(x) + \frac 1 {1-x}···(T_2)\) ↩︎
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