当前课程知识点:组合数学 > 初识母函数 > 母函数与递推关系 > 母函数能做什么
我们刚才给大家演示了母函数作为计数
可以直接用来求解计数问题
但是 是不是它仅仅用多项式的乘法
来帮助我们计数就够了呢
其实母函数的强大不仅如此
我们都知道其实我们在学高等数学的时候
遇到了很多的泰勒展开式
我也可以通过二项式定理得到一系列的结果
比如说1加x的n次方
它们都会变成x的k次方前面带一个系数
甚至呢1加x的负一次方 它的泰勒展开
就是1加x 加x平方 一直累加下去
它的系数就是负一的k次方
那同样1减x呢
1减x的负一次方
也可以写成这样一个泰勒展开式
它的系数正好就是1
因此我们会有各式各样的
带着x的k次方前面有系数的东西
如果这些东西都叫做母函数
它是不是就可以有另外一番应用呢
我们来看母函数是什么
母函数就可以说是
这么多式子的一个挂衣架
它挂起来的就是对应的xk次方前面的系数
那这时候我们看到有一些系数非常有意思
比如说1减ax的负一次方
它的系数是什么呢
它的系数就是a的k次方
似乎非常整洁
那么对应的我是不是可以来
放到一个真实的例子来看一下呢
比如说1减2x分之一
这个式子如果我用xk次方的泰勒展开
会发现它前面的系数就是2的k次方
那么如果我用两个式子进行相加呢
比如说1减x分之一加上1减2x分之一
这个式子如果我们进行分母合并的话
可以出现这样一个式子
2减3x除以1减x 1减2x
那这个式子其实我们可以看
如果看它的右边的话
每一个式子都可以写成xk次方前面带个系数
那我把它累加起来
这两个展开式最终可以合并成
变成x的k次方前面的系数
是1加2的k次放
这时候我们来看
这样一个看似非常复杂的分式
如果我们想用x的k次方前面带幂次
进行表示的话
可以直接写成这个样子
这似乎看到了有一种分式
和展开式之间的对应关系
那么我们可以说
2的k次方加1的母函数
就是2减3x除以1减x 1减2x
这样的关系是不是能够帮助我们
去求解类似于2的k次方加1这样的序列呢
首先我们可以看到母函数和序列之间
是有一个一一对应关系
对应于这样一个复杂的分式
它的数字序列 实际上相当于要么是1 3 5
依次累加起来
这个时候我们会发现我们通过简单的
部分分式的分解 再利用泰勒展开式
就可以把一个复杂的母函数
转换成对应于一个相对整洁的数字序列
它们之间有一个一一对应的桥梁关系
那么这时候我们也知道
其实2的k次方加1也可以写成一个递推的式子
它可以写成hk等于2倍的hk减1 加1
这样一个递推关系
是不是直接可以找到对应的母函数呢
因为我们都知道
其实递推在计算机界是非常重要的
如果我们能找到一个
非常有效的解决方法的话
能够计算出递推的复杂度是多少
对我们来说是非常有益的
那么是不是可以用母函数
来帮助求解递推关系呢
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