1樓:
其他答主給出了形式證明,我這裡主要是說明一下乙個可能地通過直覺得到結論的過程。
考慮數列 ,其通項公式是 。
對其做一次差分的通項公式為:
也就是為最高次數為 的多項式,其中 。
注意到,繼續求差分,可以分別對各項求差分之後再相加,
又容易知道通項公式為 的數列求差分結果的通項為 ,
而通項為 的數列將在一次差分之後變成常數,並在繼續差分之後同樣變成0。
很容易推斷,在不斷差分的過程中,之後的項會逐漸變成0,只餘下 差分的結果,那結果是什麼呢?
省略號部分最後都變成0了。而如果再進行一次差分,這一項也會變成0。
這只是直覺的推斷,把上述過程倒過來,補充一些推斷的證明(例如使用歸納法),就可以得到像其他答主那樣的證明了。
2樓:
另外三個答主的方法更簡潔,這裡想複雜了。
公式證明使用 @CuKing 的生成函式就可很快得到,所以這裡繞了點彎路。之後就全是簡單的計算,符號表示上比較繁雜,推導一遍就知道每一步都僅僅就是計算而已。數列 ,證明: 。
1) 時,顯然 ,結論成立。
2)假設 時 ,證明 時也成立
根據假設知 且 時,為常數,所以 (常數差分為0)。
現在只要計算這個常數是多少
3樓:CuKing
設設 為原數列的生成函式
對原數列進行一次差分的生成函式就是 ,也就是 也就是這裡的 就是乙個類似於差分運算元的東西,二次差分就是再乘乙個 ,n次差分就是乘上了
於是 發現這個就是第二類斯特林數 的 倍,根據其組合意義, ,所求就是
4樓:謎之槍兵X
本題可以作為數學歸納法的經典例題,事實上我們可以把結論加強為「自然數 次方的 次差分數列為每一項均為 的常數列」。下文中,將用符號 表示數列 的 次差分。
話不多說,開始證明——
時,數列 一次差分得到的顯然是常數列 。
若 時 次差分均會得到常數列 ,考慮 時的一次差分 ,用二項式定理不難看出此數列可寫作 。由「數列之和的差分等於數列的差分之和、數列 倍的差分等於數列差分的 倍」的性質,不難看出此數列的 次差分等於 總計 個數列的 次差分的線性組合。
按照歸納假設,有 ,這樣第乙個數列就處理完了。第二個數列,注意到 已經是常數列 ,再多求一次差分的話得到的當然就是常數列 。對於第三個,第四個……直到第 個,不難用同樣的方法證明它們的 次差分也都必為 。
因此,原數列 的 次差分(即 的 次差分)也就等於證畢。
5樓:3Ni2Co
編了乙個可能並不是很簡潔優美的方法.
首先通過歸納法等可知,我們是對數列 求 次差分後的結果.
嘗試證明在求了 次差分後,數列第 項的值為 .
對於原數列的第 項, 其值為 ,考慮它對 次差分後第 項的貢獻.
每做一次差分,某個位置上的數 會對前一項造成 的貢獻,對該項造成 的貢獻.
從生成函式的角度看,每做一次差分就是對數列的生成函式乘上了 (1-x) .
共做了 次差分,第 項需要向前移動 次,貢獻為 .
對所有 求和可以得到 次差分後數列第 項的值,
考慮這個式子的組合意義,我們有 個互不相同的盒子,有 個互不相同的球需要裝入盒子中,要求前 個盒子都不能為空,欲求合法方案數.
用容斥原理計算,欽定有 個盒子是空的,其它盒子任意放,即可得到方案數為
.另一方面,由於只有 個球,而前 個盒子都不能為空,方案數顯然就是 .
於是得出對原數列做 次差分後,每一項都為 .
直接用生成函式計算也可得到類似的形式.
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