Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634942)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Производящие функции (110,00 руб.)

0   0
АвторыКабанцова Лариса Юрьевна, Кацаран Татьяна Константиновна
ИздательствоИздательский дом Воронежского государственного университета
Страниц23
ID298011
АннотацияВ математике можно выделить два направления: одно изучает непрерывные объекты, другое – дискретные. Часто к изучению одного и того же явления можно подойти с разных точек зрения. Производящие функции, изучению которых посвящено данное учебное пособие, являются примером плодотворной связи между дискретными и непрерывными объектами. Метод производящих функций особенно продуктивен при решении рекуррентных соотношений и комбинаторных задач.
Кому рекомендованоРекомендовано для студентов 1-го курса факультета прикладной математики, информатики и механики Воронежского государственного университета всех форм обучения. Для специальностей: 010400 – Прикладная математика и информатика, 010701 – Фундаментальная математика и механика
Производящие функции / Л.Ю. Кабанцова, Т.К. Кацаран .— Воронеж : Издательский дом Воронежского государственного университета, 2014 .— 23 с. — 23 с. — URL: https://rucont.ru/efd/298011 (дата обращения: 03.05.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" ПРОИЗВОДЯЩИЕ ФУНКЦИИ Учебное пособие для вузов Составители: Л.Ю. Кабанцова, Т.К. Кацаран Воронеж Издательский дом ВГУ 2014 Утверждено научно-методическим советом факультета прикладной математики, информатики и механики 24.04.2014 г., протокол № 8 Рецензент д-р техн. наук, профессор кафедры вычислительной математики и прикладных информационных технологий ВГУ Т.М. <...> Леденева Учебное пособие подготовлено на кафедре нелинейных колебаний факультета прикладной математики, информатики и механики Воронежского государственного университета. <...> Рекомендовано для студентов 1-го курса факультета прикладной математики, информатики и механики Воронежского государственного университета всех форм обучения. <...> Для специальностей: 010400 – Прикладная математика и информатика, 010701 – Фундаментальная математика и механика В математике можно выделить два направления: одно изучает непрерывные объекты, другое – дискретные. <...> Производящие функции, изучению которых посвящено данное учебное пособие, являются примером плодотворной связи между дискретными и непрерывными объектами. <...> Метод производящих функций особенно продуктивен при решении рекуррентных соотношений и комбинаторных задач. <...> Определение и примеры производящих функций Идея производящих функций достаточно проста. <...> Числовой последовательности (a0, a1, . . . , an, . . .) (дискретному объекту) поставим в соответствие степенной ряд (непрерывный объект) a0 +a1x+. . .+anxn +. . . , x ∈ R, (1) для исследования которого можно применить мощный аппарат математического анализа, в частности, ряды Маклорена, см. <...> Функция G(x) называется производящей функцией последовательности (a0, a1, a2, . . .) , если для всех x из некоторого открытого множества выполняется равенство G(x) = a0 +a1x+a2x2 +. <...> Говорят, что функция G(x) "производит" или "генерирует" последовательность <...>
Производящие_функции.pdf
Стр.1
Стр.3
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Производящие_функции.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" ПРОИЗВОДЯЩИЕ ФУНКЦИИ Учебное пособие для вузов Составители: Л.Ю. Кабанцова, Т.К. Кацаран Воронеж Издательский дом ВГУ 2014
Стр.1
В математике можно выделить два направления: одно изучает непрерывные объекты, другое – дискретные. Часто к изучению одного и того же явления можно подойти с разных точек зрения. Производящие функции, изучению которых посвящено данное учебное пособие, являются примером плодотворной связи между дискретными и непрерывными объектами. Метод производящих функций особенно продуктивен при решении рекуррентных соотношений и комбинаторных задач. § 1. Определение и примеры производящих функций Идея производящих функций достаточно проста. Числовой последовательности (a0, a1, . . . , an, . . .) (дискретному объекту) поставим в соответствие степенной ряд (непрерывный объект) a0 +a1x+. . .+anxn +. . . , x ∈ R, (1) для исследования которого можно применить мощный аппарат математического анализа, в частности, ряды Маклорена, см. [1]. Степенные ряды вида (1) можно складывать, вычитать, умножать, дифференцировать. Определение. Функция G(x) называется производящей функцией последовательности (a0, a1, a2, . . .) , если для всех x из некоторого открытого множества выполняется равенство G(x) = a0 +a1x+a2x2 +. . . . (2) Говорят, что функция G(x) "производит" или "генерирует" последовательность (a0, a1, . . . , an, . . .) , поскольку в разложении функции G(x) в ряд по степеням x, коэффициенты при xn равны an . Обозначается этот факт с помощью записи [xn]G(x) = an. (3) Приведем несколько примеров хорошо известных производящих функций. 1. Самым известным примером производящей функции является бином Ньютона (1+x)n = C0 где Ck n +C1 nx+. . .+Ck nxk +. . .+Cn nxn, (4) без повторений из n элементов по k , т.е. число подмножеств мощности k множества мощности n, n ≥ k ). 3 n = n! k!(n−k)! – биномиальные коэффициенты (число сочетаний
Стр.3
интегралом G(x) – функция ∫ G(x)dx = a0x+a1 x2 2 +a2 G(x)dx x3 3 +. . .+an )′ = G(x). n+1 +. . . . xn+1 Операция дифференцирования обратна операции интегрирования: (∫ Операция же интегрирования производной приводит к функции с нулевым свободным членом, и поэтому результат, вообще говоря, отличается от исходной функции. Замечание. Нетрудно видеть, что для функций, представимых степенными рядами, формула для производной соответствует обычной. Формула для интеграла соответствует значению интеграла с переменным верхним пределом ∫ G(x)dx = ∫x 0 G(s)ds. 4) Сдвиг. Умножим левую и правую части равенства (7) на xm: xmG(x) = xm ∑ n=0 ∞ anxn = a0xm +a1xm+1 +a2xm+2 +. . . . Полученная функция генерирует новую последовательность (0, . . . , 0, a0, a1, . . .), которая является сдвигом исходной последовательности на m элементов вправо, то есть [xn](xmG(x)) = { 0, n < m, an−m, n ≥ m. (9) 5) Полиномиальный множитель и делитель. Полиномиальный множитель "n"возникает при умножении производной производящей функции на x. Появление делителя в генерируемой производящей функцией последовательности возникает в результате интегрирования. Проведем преобразования: xG′(x) = x ( ∞ ∑ n=0 6 anxn )′ = x ( ∞ ∑ n=0 nanxn−1 ) = ∑ n=0 ∞ nanxn.
Стр.6
Таким образом, [xn](xG′(x)) = nan. Аналогично, ∫x 0 G(t)−a0 t [xn]   [xn] dt = ∫x 0   ∫x 0 ( ∞ ∑ n=1 G(t)−a0 t ∫x 0 G(t) dt dt   = an   = an−1 antn−1 ) dt = ∑ n=1 ∞ n , n ≥ 1. n , n ≥ 1. 6) Произведение производящих функций. Перемножим производящие функции G(x) и H(x) (см. (7)): F(x) = G(x) ·H(x) = a0b0+(a0b1+a1b0)x+(a0b2+a1b1+a2b0)x2+. . . = = ∑ n=0 ∞ ( n ∑ k=0 ) akbn−k xn. (13) Сумму, взятую в скобки, принято называть сверткой производящих функций G(x) и H(x) (обозначим ее через cn ): n cn = ∑ k=0 akbn−k. Рассмотрим частный случай. Пусть bn = 1, тогда (так как производящая функция последовательности (1, 1, . . .) ) ∑ n=0 ∞ ( n ∑ k=0 ) 1−x – 1 F(x) = G(x) 1 1−x = a0 +(a0 +a1)x+(a0 +a1 +a2)x2 +. . . = = ak xn. an n xn. (11) (12) (10) (14) Мы получаем, что функция G(x)/(1−x) генерирует последовательность частичных сумм исходной последовательности an . Теперь мы можем получить разложение в ряд дробей вида 1/(1 − x)m,m = 1, 2, 3, . . . . Полагая в левой части равенства (14) 7
Стр.7
G(x) = 1, а в правой части соответствующую этой функции генерирующую последовательность (1, 0, 0, . . .) , получим: F1(x) = 1 1−x ⇔ (1, 1, 1, . . .) = (1)n≥0. F2(x) = 1 (1−x)2 ⇔ (1, 2, 3, 4, . . .) = (n+1)n≥0. Продолжая этот процесс дальше, находим: F3(x) = 1 (1−x)3 ⇔ (1, 3, 6, 10, . . .) = ((n+1)(n+2) 2 ) n≥0 В приведенных выражениях символ ⇔ обозначает взаимно-однозначное соответствие между производящей функцией, стоящей слева, и "генеририрующую ее последовательность, нужно использовать равенство (14) и для функции 1/(1−x)m равен Fm(x) = 1 (1−x)m ⇔ (n+1) . . . (n+m−1) (m−1)! = Cn n+m−1. (18) Для доказательства этого равенства можно использовать метод математической индукции или формулу разложения в ряд Маклорена функции 1/(1−x)m. § 3. Рациональные производящие функции Найденные в предыдущем параграфе производящие функции относятся к классу элементарных рациональных функций. Рациональные производящие функции образуют большой класс производящих функций. Производящие функции, встречающиеся на практике, очень часто принадлежат к этому классу. Кроме того, теория рациональных производящих функций совпадает, по существу, с теорией обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. Легко убедиться, что производящая функция последовательности Фибоначчи 1, 1, 2, 3, 5, 8, . . . , 8 руемой" ею последовательностью, стоящей справа. Для того чтобы найти для производящей функции 1/(1−x)m гененайденный на (m−1)-ом шаге результат. Легко доказать, что общий член генерирующей последовательности . (17) (15) Используя найденную функцию F1(x) в качестве G(x) в равенстве (14), находим (16)
Стр.8