Harangszám
A matematikában az n- edik harangszám ( Eric Temple Bellről kapta a nevét ) egy halmaz partícióinak száma, amelyek n különálló elemet tartalmaznak, vagy ami azonos, akkor az ekvivalencia relációk számát egy ilyen halmazon.
Az első tulajdonságok
- Ezek a számok alkotják az OEIS- ből származó A000110 egész sorozatot , amelynek első tagjai kézzel számíthatók:
B0=1,B1=1,B2=2,B3=5.,B4=15,B5.=52,B6.=203,B7=877,...{\ displaystyle B_ {0} = 1, \ quad B_ {1} = 1, \ quad B_ {2} = 2, \ quad B_ {3} = 5, \ quad B_ {4} = 15, \ quad B_ { 5} = 52, \ quad B_ {6} = 203, \ quad B_ {7} = 877, \ quad \ ldots}
Az első 1-et ér, mert az üres halmaznak pontosan egy partíciója van : az üres partíció, amely nem tartalmaz részeket. Valójában elemei (mivel nincsenek) valóban nem üresek, és ketté-ketté szétválnak, és üres az unió.
- A partíciók vannak , és a három partíció a típus .B3=5.{\ displaystyle B_ {3} = 5}
{nál nél,b,vs.}{\ displaystyle \ {a, b, c \}}
{{nál nél},{b},{vs.}}{\ displaystyle \ {\ {a \}, \ {b \}, \ {c \} \}}
{{nál nél,b,vs.}}{\ displaystyle \ {\ {a, b, c \} \}}
{{nál nél},{b,vs.}}{\ displaystyle \ {\ {a \}, \ {b, c \} \}}![{\ displaystyle \ {\ {a \}, \ {b, c \} \}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4f6a4023ebfd5fc4173a0a742632650d01507e2e)
- A Bell-számokat lépésről lépésre is ki lehet számítani a következő ismétlődési összefüggés alapján , amelyet néha "Relationship Aitken " -nek hívnak, és valójában a XVIII . Századi japán matematikus, Yoshisuke Matsunaga miatt:Bnem+1=∑k=0nem(nemk)Bk,{\ displaystyle B_ {n + 1} = \ sum _ {k = 0} ^ {n} {n \ select k} B_ {k},}
ami a következőképpen bizonyítható:
Miután rögzítettünk egy x elemet egy n + 1 elemű halmazban, a partíciókat az x-et tartalmazó részen kívüli elemek k- száma szerint rendezzük . Minden k értéke 0-tól n- ig értékéhez tehát k elemet kell választanunk az x- től eltérő n elem közül , majd megadunk nekik egy partíciót.
- A hét kisebb Bell számok első olyan B 2 = 2, B 3 = 5, B 7 = 877, B 13 = 27.644.437, B 42 = 35 742 549 198 872 617 291 353 508 656 626 642 567, B 55 = 359 334 085 968 622 831 041 960 188 598 043 661 065 388 726 959 079 837 és B 2841 (lásd az OEIS A051131 és A051130 készleteit ). Nem ismert, hogy vannak-e mások.
Generátor sorozat
Az összes Bell szám kezeléséhez megnézhetjük a hozzájuk tartozó generátor és exponenciális generátor sorozatot :
G(x)=∑nemBnemxnem és E(x)=∑nemBnemnem!xnem=1+x+2x22!+5.x33!+15x44!+...{\ displaystyle G (X) = \ sum _ {n} B_ {n} X ^ {n} {\ text {and}} E (X) = \ sum _ {n} {\ frac {B_ {n}} {n!}} X ^ {n} = 1 + X + 2 {\ frac {X ^ {2}} {2!}} + 5 {\ frac {X ^ {3}} {3!}} + 15 {\ frac {X ^ {4}} {4!}} + \ ldots}
Az első például tanulmányozására használható kongruencia osztályok az . Ami a második formális sorozatot illeti , kielégíti a differenciálegyenletet : ez látható a megismétlődési képlet
Bnem{\ displaystyle B_ {n}}
E′(x)=exE(x){\ displaystyle E '(X) = \ mathrm {e} ^ {X} E (X)}![E '(X) = {\ mathrm {e}} ^ {X} E (X)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9411c634c69d422ad5d65925e2fdac984a108650)
Bnem+1nem!=∑k+l=nem1k!Bll! .{\ displaystyle {\ frac {B_ {n + 1}} {n!}} = \ sum _ {k + l = n} {\ frac {1} {k!}} {\ frac {B_ {l}} {l!}} ~.}
Arra a következtetésre jutunk , hogy egyenlő egy szorzó szorzóval (amelyet az állandó kifejezés azonosításával találunk meg):
eex{\ displaystyle \ mathrm {e} ^ {\ mathrm {e} ^ {X}}}![{\ mathrm {e}} ^ {{{\ mathrm {e}} ^ {X}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a52819f63c6da1cdfcaf83a3ab29ec5be24baf0e)
E(x)=eex-1.{\ displaystyle E (X) = \ mathrm {e} ^ {\ mathrm {e} ^ {X} -1}.}
Az együtthatók azonosítása a Dobinski-képlethez vezet :
Bnem=1e∑k=0∞knemk!{\ displaystyle B_ {n} = {\ frac {1} {\ mathrm {e}}} \ sum _ {k = 0} ^ {\ infty} {\ frac {k ^ {n}} {k!}} }
amely a pillanata sorrendben N egy Poisson eloszlás paraméterrel 1.
Egyéb tulajdonságok
Ők is eleget Touchard kongruencia : ha p jelentése minden prímszám , akkor
Bo+nem≡Bnem+Bnem+1modo.{\ displaystyle B_ {p + n} \ equiv B_ {n} + B_ {n + 1} \ mod p.}![B _ {{p + n}} \ equiv B_ {n} + B _ {{n + 1}} \ mod p.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/46d9de511624cc6830ae3d6b0c7cbf6c95822552)
Minden harangszám a második fajta Stirling-számok összege :
Bnem=∑k=0nemS(nem,k)=∑k=0nem{nemk}.{\ displaystyle B_ {n} = \ sum _ {k = 0} ^ {n} S (n, k) = \ sum _ {k = 0} ^ {n} \ balra \ {{\ begin {mátrix} n \\ k \ end {mátrix}} \ jobb \}.}![{\ displaystyle B_ {n} = \ sum _ {k = 0} ^ {n} S (n, k) = \ sum _ {k = 0} ^ {n} \ balra \ {{\ begin {mátrix} n \\ k \ end {mátrix}} \ jobb \}.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7c8fa13a1e7f2aa7e188af681472f96476e39a43)
A Bell-számokhoz számos aszimptotikus képlet ismert; egyikük az
Bnem∼1nem[nemW(nem)]nem+12enemW(nem)-nem-1,{\ displaystyle B_ {n} \ sim {\ frac {1} {\ sqrt {n}}} \ balra [{\ frac {n} {W (n)}} \ jobbra] ^ {n + {\ frac { 1} {2}}} e ^ {{\ frac {n} {W (n)}} - n-1},}![B_ {n} \ sim {\ frac {1} {{{\ sqrt n}}}} \ balra [{{\ frac {n} {W (n)}}} \ jobbra] ^ {{n + {\ frac {1} {2}}}} e ^ {{{\ frac {n} {W (n)}} - n-1}},](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5824def89d8715b67557ab5ba696fd3fe5f2086c)
ahol W jelentése Lambert W függvény ; kevésbé pontos közelítést kapunk, de kényelmesebb használni a keretezés segítségével ; észrevehető az előző közelítés hasonlósága a Stirling-képlettel .
lnx-lnlnx<W(x)<lnx{\ displaystyle \ ln x- \ ln \ ln x <W (x) <\ ln x}![\ ln x- \ ln \ ln x <W (x) <\ ln x](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ba53efc1781c503998be62cd8e92e33849169f43)
Lásd is
Megjegyzések és hivatkozások
-
A halmaz elemei a szokásos halmazelméletben mindig megkülönböztethetők , de a multiset elméletben ez nem így van . És egy n megkülönböztethetetlen elemet tartalmazó halmaz partícióinak száma az egész szám partícióinak száma .
-
(in) AC Aitken , " Probléma kombinációkban " , Matematikai megjegyzések , 1. köt. 28,1933. január, xviii - xxiii ( ISSN 1757-7489 és 2051-204X , DOI 10.1017 / S1757748900002334 , online olvasás , hozzáférés : 2021. május 29. )
-
Donald Knuth , A számítógépes programozás művészete : A kombinatorikus generáció története , vol. 4, fasc. 4, Addison Wesley,2010
-
Daniel Barsky és Bénali Benzaghou , " Harangszámok és a tényleges összegek ", Journal de Théorie des Nombres de Bordeaux , vol. 16,2004, P. 1–17 ( olvassa el online [PDF] )
-
fogjuk találni más közelítések B n az (a) Eric W. Weisstein , " Bell száma " a mathworld .
Bibliográfia
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">