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组合模型第10关攻略 组合模型29关攻略

2023-06-03 18:24:09      小编:      我要评论






【附】为方便有需要的人编辑,特附纯文本如后。另外,文末提供PPT照片版。


代数6-5n≥2,令F(n)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_(n-1)^(2k-2) 〖-nC_(n-2)^(2k-1)-C〗_(n-2)^2k]〗,试证:F(n)=1.(原创题)

【问题感】由于和式中的代表项非常复杂,为了探索隐藏的规律,想到适当的变形。

注意到C_(n-2)^(2k-1)、C_(n-2)^2k下标相同,考虑上标相同,观察是否有新的特征。

请注意,如果是计算题,可以研究特例,猜出结果,然后转化为恒等式证明。

F(2)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_1^(2k-2) 〖-2C〗_0^(2k-1) 〖-C〗_0^2k]〗=(C10-0-0)=1。

F(3)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_2^(2k-2) 〖-3C〗_1^(2k-1) 〖-C〗_1^2k]〗

=(C20-3C11-0) 3(C22-0-0)=1-3 3=1。

F(4)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_3^(2k-2) 〖-4C〗_2^(2k-1) 〖-C〗_2^2k]〗

=(C30-4C21- C22) 3(C32-0-0)=(1-8-1) 9=1。

F(5)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_4^(2k-2) 〖-5C〗_3^(2k-1) 〖-C〗_3^2k]〗

=(C40-5C31- C32) 3(C42-5C33-0) 15(C44-0-0)

=(1-15-3) 3(6-5) 15=1。

F(6)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_5^(2k-2) 〖-6C〗_4^(2k-1) 〖-C〗_4^2k]〗

=(C50-6C41- C42) 3(C52-6C43- C44) 15(C54-0-0)

=(1-24-6) 3(10-24-1) 75=1。

因为C_(n-2)^(2k-1) C_(n-2)^2k(同底相加)=C_(n-1)^2k,所以

(如果选用C_(n-2)^(2k-1) C_(n-2)^(2k-2)=C_(n-1)^(2k-1)上标不变成相同)

C_(n-1)^(2k-2)-nC_(n-2)^(2k-1)-C_(n-2)^2k=C_(n-1)^(2k-2)-n(C_(n-1)^2k-C_(n-2)^2k)-C_(n-2)^2k=C_(n-1)^(2k-2)-nC_(n-1)^2k (n-1)C_(n-2)^2k。

【发掘规律】其中-nC_(n-1)^2k (n-1)C_(n-2)^2k差异形式:-(△nC_(n-1)^2k)。

因此,它将代表项的另一部分C_(n-1)^(2k-2)还表示差分形式,利用组合数的性质。

因为C_(n-1)^(2k-2) C_(n-1)^(2k-1)=C_n^(2k-1),所以C_(n-1)^(2k-2)=C_n^(2k-1)-C_(n-1)^(2k-1),所以

C_(n-1)^(2k-2) 〖-nC_(n-2)^(2k-1)-C〗_(n-2)^2k=(C_n^(2k-1)-C_(n-1)^(2k-1))-(nC_(n-1)^2k-(n-1)C_(n-2)^2k)

=〖[C〗_n^(2k-1) 〖-nC〗_(n-2)^2k]- 〖[C〗_(n-1)^(2k-1) 〖-(n-1)C〗_(n-2)^2k]=p(n)- p(n-(因式差分),

其中p(n)=C_n^(2k-1) 〖-nC〗_(n-2)^2k。

这样,∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_(n-1)^(2k-2) 〖-nC_(n-2)^(2k-1)-C〗_(n-2)^2k]〗

=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!![p(n)- p(n-1)]〗= G(n)- G(n-(代表项差分),

其中G(n)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!p(n)〗=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_n^(2k-1) 〖-nC〗_(n-1)^2k]〗。

问题转换到目前为止,问题明G(n)- G(n-1)=1,即{ G(n)}公差为1的等差数列。

很容易想到,转求G(n)这可以研究特例。

对G(n)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_n^(2k-1) 〖-nC〗_(n-1)^2k]〗,我们有

G(1)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_1^(2k-1) 〖-C〗_0^2k]〗=C11-0=1。

G(2)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_2^(2k-1) 〖-2C〗_1^2k]〗=C21-0=2。

G(3)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_3^(2k-1) 〖-3C〗_2^2k]〗=(C31-3C22) 3[C33-0]=3。

G(4)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_4^(2k-1) 〖-4C〗_3^2k]〗=(C41-4C32) 3[C43-0]=4。

G(5)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_5^(2k-1) 〖-5C〗_4^2k]〗=(C51-5C42) 3(C53-5C44) 5×3[C55-0]=5。

对于任何正整数n,有G(n)=n,即∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_n^(2k-1) 〖-nC〗_(n-1)^2k]〗=n。

为了证明这一猜想,模仿和式中代表项的变形。

结构相同将C_n^(2k-1)、C_(n-1)^2k同样的上标。

因为C_n^(2k-1) C_n^2k(同底相加)=C_(n 1)^2k,所以C_n^(2k-1)-nC_(n-1)^2k=C_(n 1)^2k-C_n^2k-nC_(n-1)^2k。

G(n)= ∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!〖[C〗_n^(2k-1) 〖-nC〗_(n-1)^2k]〗=∑_(k=1)^∞(2k-1)!![C_(n 1)^2k-C_n^2k-nC_(n-1)^2k]

=H(n 1)- H(n)-n H(n-1),其中H(n)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!C_n^2k 〗。

至此,问题转化为H(n)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!C_n^2k 〗满足以下递归关系:

H(n 1)= H(n) n H(n-1) n。

注意,H(n)=∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!C_n^2k 〗组合意义明显:其中C_n^2kN个数中取2k(2)k-1)!!则是2k平均数分为k组的方法数。因此,建以下组合模型。

组合模型考虑以下问题:将n个人分成几组,每组1或2人。要求所有不同的分组方法J(n)。

以两种方式计算目标和类型中代表项的组合意义J(n)(捆绑计算和分散计算)。

【捆绑计算】称两人组为对子,从对子计算J(n)。

如果没有对子,有唯一的方法。

下面包含k对子(k≥1)。在k对子中选择2k个元素有Cn2k种方法,将2k元素分为k对子(C2k2C2k-22…C22)/k! =(2k)!/(2kk!)=(2k-1)!一种方法。因此,含k对子的分组方法数为(2k-1)!!C_n^2k(n≥2)。

所以,J(n)=1 ∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!C_n^2k 〗=:1 H(n)。

分散计算从元素计算J(n)。

当n=2.有唯一的方法不建立对子;建立对子也有唯一的方法,所以J(2)=1 1=2。

当n≥三、调查某人a所在组的情况,有两种可能。

(1)a所在组有,组有2人n-1种取法,剩下n-2人的分组方法数为J(n-2)此时共有(n-1)J(n-2)种方法。

(2)a小组只有一个人,除了an-1人的分组方法数为J(n-2)。

所J(n)= J(n-1) (n-1)J(n-2)。

【还原】又J(n)= H(n) 1,则

由此得H(n) 1= H(n-1) 1 (n-1)H(n-2) n-1。

即H(n)= H(n-1) (n-1)H(n-2) n-1。

所以H(n 1)= H(n) nH(n-1) n,命题获证。

【新写】考虑以下问题:将n个人分成几组,每组1或2人。要求所有不同的分组方法J(n)。

假如每组都是一人,那么唯一的办法就是。下设含有k(k≥1)个组为2人组。选取2k个人有Cn2k种方法,将2k个人平均分为k组(C2k2C2k-22…C22)/k! =(2k)!/(2kk!)=(2k-1)!!种方法。因此,包含k2人组的分组方法数为(2k-1)!!C_n^2k(n≥2)。所以,J(n)=1 ∑_(k=1)^∞〖(2k-1)!!C_n^2k 〗=:1 H(n)。

另一方面,很明显J(2)=1 1=2。当n≥3时,考察某人a所在组的情况。若a所在组有2人,则该组有n-一种取法,剩下的n-2人的分组方法数为J(n-2)此时共有(n-1)J(n-2)方法;如果a所在组只有一人,则分组方法数为J(n-1)。所以J(n)= J(n-1) (n-1)J(n-2)。

又J(n)=1 H(n),代入得H(n)= H(n-1) (n-1)H(n-2) n-1。

所以H(n 1)= H(n) nH(n-1) n,这样,

n=H(n 1)- H(n)-nH(n-1)=∑_(k=1)^∞(2k-1)!![C_(n 1)^2k-C_n^2k-nC_(n-1)^2k]

=∑_(k=1)^∞(2k-1)!![C_n^(2k-1)-nC_(n-1)^2k]。

令G(n)=∑_(k=1)^∞(2k-1)!![C_n^(2k-1)-nC_(n-1)^2k],则G(n)- G(n-1)=n-(n-1)=1,化简即F(n)=1,证毕。

(实际上,1=G(n)- G(n-1)

=∑_(k=1)^∞(2k-1)!![C_n^(2k-1)-nC_(n-1)^2k-C_(n-1)^(2k-1) (n-1)C_(n-2)^2k]

=∑_(k=1)^∞(2k-1)!![C_(n-1)^(2k-2)-n(C_(n-1)^2k-C_(n-2)^2k)-C_(n-2)^2k]

=∑_(k=1)^∞(2k-1)!![C_(n-1)^(2k-2)-nC_(n-2)^(2k-1)-C_(n-2)^2k]。)

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