当前课程知识点:组合数学 > 线性常系数递推关系 > 线性常系数齐次递推关系 > 定义
我们刚才了解了斐波那契数
它是这样的一个线性关系
同时我们还学过另外一个递推关系
也就是汉诺塔
那么看这两个递推关系
大家会发现它有一个共通之处
比如说它的右端都是0
同时我们可以看到在它的表达式中
没有两项相乘 也没有平方项
因此它就是一个线性累加和
尤其在线性累加的时候
它的系数是常数
所以这两个递推关系实际上是属于同一类的
我们称之为是线性常系数齐次递推关系
如果用定义来表达的话
如果一个序列an
它满足这样一个线性累加和等于0的话
同时它具有一些常系数
也就是C0、C1、C2一直到Ck
那么对应于一个递推关系
它又想决定下一项的话
它必须有初始值
因此呢我们有从D0、D1
一直到Dk减1这么若干个初始值
假如说对应的系数
最大的系数是Ck不等于0的话
那么这个式子就被称为是
k阶的线性常系数齐次递推关系
而用英文呢
它被称为是
linear homogeneous recurrence relation
我们就回头看一看
在一开始我们学习汉诺塔的时候
我们给了一个这样的递推关系
它是线性常系数齐次递推关系吗
首先它的右端项并不为0
所以我们要将它右端项通过变换
变成0以后
产生了一个刚才提到的递推关系
利用这样一个线性常系数齐次递推关系
我们才能用母函数进行快速的求解
下面再举个例子
an等于an减1加上an减2乘以an减3
当然确实它也有三个初始值
但是因为它里面有an减2乘以an减3
这样一个非线性的和
因此它不是一个线性常系数递推关系
而对于线性常系数递推关系
我们有一种非常有效的方法
也就是母函数方法
我们来看
当初我们在求解斐波那契的时候
我们根据它的序列
把它的序列作为系数产生了一个母函数
接着呢我们通过推理
得出了母函数
就应该等于x除以1减x减去x平方
接下来我们做了一个什么变化呢
我们实际上是想利用泰勒展开式
1减ax分之一等于1加ax加a的平方x平方
一直累加下去
这样的话
它的xk次方的系数就好对应出来
那么既然是分母是1减x减去x平方
怎么换成一个1减ax乘以1减bx的样子呢
其实在前面的两个递推关系求解过程中
我给大家在这里一带而过了
现在我们来仔细分析一下
我们当初是把它变成了1减x减x平方
变成了1减αx乘以1减βx
当然这个α等于二分之一加根号5
β等于二分之一减根号5
那是怎么求出来的呢
大家会想
我把一个相对于多项式
变成了两个因式相乘
那它是不是我们知道的因式分解呢
回头看一看
我们在这里做了一个什么样的变换
我们要把1减x减去x平方
变成1减αx乘以1减βx
那因式分解是什么
回顾一下因式分解的定义
实际上如果对于一个函数fx等于0
它有一个根是a的话
它就会有一个因式
就是x减a
但是我们要的是什么
回头我们看一下
我们要的是1减ax
和因式定理中的x减a结构是不一样的
但是我们能不能凑出来呢
其实我们对照因式定理可以想一下
x减a如果我把x提出来
里面会变成什么
里面会变成了1减a的x负1次方
然后外面再乘以个x
这时候如果我拿m来代替x的负1次方
是不是就已经出现了1减am的这样的形式呢
那么我们就会有这样的一个想法
假如对应的a是一个一元多项式
fx的负1次方的一个根的话
那么这只有fa等于0乘0
这时候多项式fx的负1次方就会有一个因式
是什么
直接把x负1次方代进去
x负1次方减a
它整理之后就变成了1减ax除以x
这里就变换出来我们想要的1减ax
带着这样的思路我们来看
1减ax减去x平方
怎么变成了1减αx乘以1减βx的呢
首先我们一样
刚才不是说了嘛
不要用x了
我们这时候要用x的负1次方
因此我们把母函数的分母1减x减去x的平方
把x的负1次方提出来
因为它是x平方项
因此我们提两次
因此提两个x出来
变成了x平方乘以x的负1的平方
减去x负1 然后再减1
这里面为了方便起见
我们用小m来代替x的负1次方
这时候我们再看
这里面我们把x平方暂且不看
剩下了什么
剩下的就是m平方减去m减1
它的根是什么
它的根实际上就是我们刚才所说的α和β
把这个式子再代回来
这时候我们知道对应于Cm
可以写成是m减去α乘以m减去β
而这里面代回到原来的1减x减去x平方
剩下的不就变成了x平方再继续乘进去
一乘进去就变出来了1减βx乘以1减βx
所以这样一个过程
似乎看着稍微复杂一点
但是我们通过x负1次方的变换
就把因式定理的x减a
变成了我们想要的1减ax
到此还没有完
我们回头看看
当初一开始我们把x负1次方替换进去以后
变出来的是Cm等于m平方减m减1
这个式子是我们从x负1次方代出来的
但回来看 它的递推关系长什么样
它的递推关系就是
fn减去fn减1减去fn减2等于0
这两个式子大家一看
次数 阶数一一对应
前面的系数符号一一对应
是不是直接就可以用递推关系
找到对应这样一个Cm的公式呢
-什么是组合数学
--什么是组合数学
--讨论题
-最精巧的排列——幻方
--幻方
-漫谈组合数学--最精巧的排列——幻方
-苦难的羊皮纸卷
--羊皮纸卷
-苦难的羊皮纸卷--作业
-你的手机密码安全吗
-漫谈组合数学--你的手机密码安全吗
-暴力枚举和抽象转换
--世界杯引出的问题
--世界杯引出的问题--练习
--一一对应
--七桥问题
--小结
--讨论题
-大家谈组合数学(1)
--采访武永卫老师
-第一周作业
--作业说明
--H
--U
--G
--作业讨论区说明
-第一周演示程序
--程序讨论区说明
--幻方生成器
--换方计数
--屏幕解锁方案数
--欧拉路计数
--共享程序
-加减乘除来计数
--计数的基本法则
-排列还是组合
--排列还是组合
--小乒乓球的组合之旅--排列还是组合
-各种各样的排列
--圆排列和项链排列
--圆排列和项链排列--习题
--多重排列
--多重排列--练习
-多样的组合
--可重组合
--不相邻组合
--小乒乓球的组合之旅--多样的组合
-钟声里的全排列
--钟声里的全排列
--钟声里的全排列
--字典序法
--SJT算法
-第二周作业
--H
--U
--G
--思考题
--公式测试
--作业讨论区说明
-第二周演示程序
--程序讨论区说明
--全排列生成
--组合生成器
--共享程序
-参考资料:Stirling估计式
-母函数是函数的母亲吗
--母函数的定义(1)--练习
--母函数的定义(2)--练习
-母函数的简单应用
--初识母函数--母函数的简单应用
-整数拆分
--整数拆分(1)
--整数拆分(2)
-Ferrers图像
--Ferrers图像--作业
-母函数与递推关系
--母函数能做什么
--偶数个5怎样算
--母函数小结
-大家谈组合数学(2)
-第三周作业
--H
--U
--G
--思考题
--作业讨论区说明
-第三周演示程序
--程序讨论区说明
--整数拆分
--汉诺塔
--共享程序说明
-Fibonacci数列
--线性常系数递推关系--Fibonacci数列
-Fibonacci数列的应用
--桌布魔术
--桌布魔术--练习
--艾略特波浪曲线
-线性常系数齐次递推关系
--定义
--特征多项式
--线性常系数递推关系--线性常系数齐次递推关系
-说“数”解题
-第四周作业
--H
--U
--G
--GT思考题
--作业讨论区说明
-第四周演示程序
--程序讨论区说明
--程序共享说明
-爆笑花絮
--爆笑花絮
-参考资料:K线分析中的Fibonacci 相关理论
-Catalan数
--计算机界的精灵
--神奇的序列--Catalan数
-指数型母函数
--指数型母函数
--神奇的序列--指数型母函数
-错排
--错排1
--错排2
--神奇的序列--错排
-Stirling数
--神奇的序列--Stirling数
-母函数小结
--母函数小结
-大家谈组合数学(3)
-第五周作业
--H
--U
--G
--思考题
--作业讨论区说明
-第五周演示程序
--讨论区说明
--Catalan数
--程序共享
-且容且斥
--容斥原理
--容斥原理的证明
--容斥原理和鸽巢原理--且容且斥
-容斥原理的精妙
-回忆过去,容斥新解
--容斥原理和鸽巢原理--回忆过去,容斥新解
-鸽子抢巢
--鸽巢原理
--鸽巢原理--练习
--鸽巢原理的应用(1)--练习
-看得见摸得着的鸽巢
--韩信点兵
--中国剩余定理
--容斥原理和鸽巢原理--看得见摸得着的鸽巢
-6人行和Ramsey数
--6人行
--Ramsey数
--小结
-第六周作业
--H
--U
--G
--GT
--作业讨论区说明
-第六周演示程序
--讨论区说明
--程序共享说明
-可以转的世界
--可以转的世界
--可以转的世界--练习
--伽罗华与群
--群的定义
--群的定义--练习
--群的一些概念
-置换群
--置换群
--群--置换群
--共轭类
--对换
--对换--练习
--置换群的应用
-Burnside引理
--着色问题的等价类
--Burnside引理--作业
-闲话群
-第七周作业
--H
--U
--G
--作业讨论区说明
-Burnside引理的困境
-从Burnside到Polya
--Polya定理
-立方体旋转
--立方体旋转(1)
--立方体旋转(2)
--立方体旋转--作业
--立方体旋转(3)
--立方体旋转--作业
--立方体旋转(4)
-母函数型Polya定理
--Polya定理--母函数型Polya定理
-图的计数
--图的计数
-总结
--本章小结
-第八周作业
--H
--U
--G
--GT
--作业讨论区说明
-大家谈组合数学(4)
--采访黄连生老师
-组合之美
--组合之美之计数
-组合之美之线性常系数递推关系
-组合之美之多样的序列
-组合之美之鸽巢原理
-组合之美之转动群与染色
-采访邹欣
--采访邹欣1
--采访邹欣2
-知识点串串烧
--知识点串串烧
-期末测验--期末测验