组合恒等式
㈠、二项式定理
k k n −k k k k 定理1: x +y n = n ,特别的 (1+x) n = n 0C n y x 0C n x ,其中n 为正整数, Cn =
n n −1 … n −k+1
k ! 0=1. 1≤k ≤n , C n
(二)、基本组合恒等式
n =C m −n (1)C m m
n n +C n −1 (2)C m+1=C m m
k k −1k −1 (3)kC n =nC n −1=(n −k +1)C n
k C m =C m C k −m =C k −m C m (4)C n n n −m n k n −k+m
1n (5)1+C n +⋯C n =2n
1+C 2−⋯+(−1)C n =0 (6)1−C n n n
1(7)C n 3+C n 2 +1C n 2n n +⋯+=1+2C n +⋯2 +C n 2n =2n −1
01k k (8)C n +C n +1+⋯+C n+k=C n+k+1
n n n n+1(9)C n +C n+1+⋯+C n+m=C n+m+1
0C k +C 1C k −1+C 2C k −2+⋯+C k C 0=C k (10)(范德蒙恒等式)C m n m n m n m n m+n
0)(11)(C n 2+1)(C n 2+n )⋯+(C n 2n =C 2n
k n −1 (12) n k=0kC n =n ∙2
2k n −2(13) n k=0k C n =n (n +1)2
k m n −m C m (14) n n k=mC n C k =2
n =2C 2+n 2 (15)C 2n n
k (16)C −n k n k
k !=(−1)i C j =C r (17) i+j=rC m m+n n
i C j =C n+r (18) i −j =rC m m+nn
k m m (19) m k=0(−1)C n =(−1) C n −1
k 2n −1+C n (20) n k=0C 2n =222n
k C m =C m 2n −m (21) k C n n k 1k
(22) k ≥0(−1)k 2k C n =2cos
n n 2n π4 2k+1=22sin n π (23) k ≥0(−1)C n 4
r s r+s+1(24) k ≥0C m −k C k =C m+1
k k n −k n n (25)(李善兰恒等式) n k=0C x C y C x+y+n−k =C x+nC y+n k
k k n k k n 命题1:若P (x )是次数<n 的多项式, 则 n k=0−1C n p k =0,k=0−1C n k =
(−1)n !
(三)、组合恒等式基本证明方法
恒等变形、求和换序、数学归纳法、微积分方法、母函数方法、应用递归关系、运用组合解释、复数法、差分法、网络路径数、WZ 方法、算子方法、利用组合互逆公式等
1. 母函数方法
应用母函数方法证明组合恒等式时,常常是适当选择一个母函数,用两种不同的方法将它展开成两个幂级数,则由同次幂的系数相等便得到要证明的组合恒等式.
2. 算子方法
n 设p x 表示如下形状的形式幂级数组成的集合:f x = ∞n=0a n x . 特别,如果
a 0,a 1,……,a n ,……中只有有限个数不等于0,那么f x 为多项.
n ∞n 对任意f x = ∞n=0a n x ,g (x ) n=0b n x ,我们定义:
n (1)k f x = ∞n=0(ka n )x (k 为常数)
n (2)f x ±g x = ∞n=0(a n ±b n )x
n ∞(3)f x g x = ∞n=0C n x ,其中C n = k=0a k b n −k . n
对任意f x ∈p x ,我们定义算子:C k f x =a ,即C k f x 为f x 展开式中x k 的系数. 由此定义我们易知算子C k f x 有下列性质成立:
(1)对任意f x ∈p x 及常数a ,C k af x =aC k f x .
(2)对任意f (x ),g (x )∈p x ,C k f x ±g (x ) =C k f x ±C k g x ;
C k f x g (x ) = k i=0C i f x C k −i g x .
(3)对任意正整数n,k 及f (x ),g (x )
∈p x ,当n >k 时,C k f x =C n x n −k f x ,C k f x =C k f x +x n g (x ) .
k a n −k b (当k k =0)公式I:当n,k 为正整数,a,b 为常数时,C k (a +bx ) =C n n <k 时,约定C n .
m −1a k =C k k 公式II:设m,k 为正整数时,a 为常数,则C k 1−ax −m =C k+m−1k+m−1a x < . n
公式III :设m,n 为非负整数,a,b 为常数,则C k
(a −b )x ) . m (1+ax)m (1+bx)=C k (1−bx )n −m+k(1+
3. 差分方法
设f (x )为任意函数,Δ为差分算子,其定义为Δf x =f x +1 −f x ,Δk f x =Δ Δk −1f x k =2,3,… ,以算子Δ作成的差分多项式P (Δ)=
组合恒等式
㈠、二项式定理
k k n −k k k k 定理1: x +y n = n ,特别的 (1+x) n = n 0C n y x 0C n x ,其中n 为正整数, Cn =
n n −1 … n −k+1
k ! 0=1. 1≤k ≤n , C n
(二)、基本组合恒等式
n =C m −n (1)C m m
n n +C n −1 (2)C m+1=C m m
k k −1k −1 (3)kC n =nC n −1=(n −k +1)C n
k C m =C m C k −m =C k −m C m (4)C n n n −m n k n −k+m
1n (5)1+C n +⋯C n =2n
1+C 2−⋯+(−1)C n =0 (6)1−C n n n
1(7)C n 3+C n 2 +1C n 2n n +⋯+=1+2C n +⋯2 +C n 2n =2n −1
01k k (8)C n +C n +1+⋯+C n+k=C n+k+1
n n n n+1(9)C n +C n+1+⋯+C n+m=C n+m+1
0C k +C 1C k −1+C 2C k −2+⋯+C k C 0=C k (10)(范德蒙恒等式)C m n m n m n m n m+n
0)(11)(C n 2+1)(C n 2+n )⋯+(C n 2n =C 2n
k n −1 (12) n k=0kC n =n ∙2
2k n −2(13) n k=0k C n =n (n +1)2
k m n −m C m (14) n n k=mC n C k =2
n =2C 2+n 2 (15)C 2n n
k (16)C −n k n k
k !=(−1)i C j =C r (17) i+j=rC m m+n n
i C j =C n+r (18) i −j =rC m m+nn
k m m (19) m k=0(−1)C n =(−1) C n −1
k 2n −1+C n (20) n k=0C 2n =222n
k C m =C m 2n −m (21) k C n n k 1k
(22) k ≥0(−1)k 2k C n =2cos
n n 2n π4 2k+1=22sin n π (23) k ≥0(−1)C n 4
r s r+s+1(24) k ≥0C m −k C k =C m+1
k k n −k n n (25)(李善兰恒等式) n k=0C x C y C x+y+n−k =C x+nC y+n k
k k n k k n 命题1:若P (x )是次数<n 的多项式, 则 n k=0−1C n p k =0,k=0−1C n k =
(−1)n !
(三)、组合恒等式基本证明方法
恒等变形、求和换序、数学归纳法、微积分方法、母函数方法、应用递归关系、运用组合解释、复数法、差分法、网络路径数、WZ 方法、算子方法、利用组合互逆公式等
1. 母函数方法
应用母函数方法证明组合恒等式时,常常是适当选择一个母函数,用两种不同的方法将它展开成两个幂级数,则由同次幂的系数相等便得到要证明的组合恒等式.
2. 算子方法
n 设p x 表示如下形状的形式幂级数组成的集合:f x = ∞n=0a n x . 特别,如果
a 0,a 1,……,a n ,……中只有有限个数不等于0,那么f x 为多项.
n ∞n 对任意f x = ∞n=0a n x ,g (x ) n=0b n x ,我们定义:
n (1)k f x = ∞n=0(ka n )x (k 为常数)
n (2)f x ±g x = ∞n=0(a n ±b n )x
n ∞(3)f x g x = ∞n=0C n x ,其中C n = k=0a k b n −k . n
对任意f x ∈p x ,我们定义算子:C k f x =a ,即C k f x 为f x 展开式中x k 的系数. 由此定义我们易知算子C k f x 有下列性质成立:
(1)对任意f x ∈p x 及常数a ,C k af x =aC k f x .
(2)对任意f (x ),g (x )∈p x ,C k f x ±g (x ) =C k f x ±C k g x ;
C k f x g (x ) = k i=0C i f x C k −i g x .
(3)对任意正整数n,k 及f (x ),g (x )
∈p x ,当n >k 时,C k f x =C n x n −k f x ,C k f x =C k f x +x n g (x ) .
k a n −k b (当k k =0)公式I:当n,k 为正整数,a,b 为常数时,C k (a +bx ) =C n n <k 时,约定C n .
m −1a k =C k k 公式II:设m,k 为正整数时,a 为常数,则C k 1−ax −m =C k+m−1k+m−1a x < . n
公式III :设m,n 为非负整数,a,b 为常数,则C k
(a −b )x ) . m (1+ax)m (1+bx)=C k (1−bx )n −m+k(1+
3. 差分方法
设f (x )为任意函数,Δ为差分算子,其定义为Δf x =f x +1 −f x ,Δk f x =Δ Δk −1f x k =2,3,… ,以算子Δ作成的差分多项式P (Δ)=