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[组合] 一个有关组合数的化简

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lemondian 发表于 2024-8-24 12:01 |阅读模式
若$n$是一个非负整数,$[x]$表示不大于$x$的最大整数,试求:
\[\dfrac{\sum_{k=0}^{[\dfrac{n}{2}]}C_{n+1}^{n-2k}(\dfrac{1}{2})^k}{\sum_{k=0}^{[\dfrac{n}{2}]}C_{n-k}^{n-2k}(-\dfrac{1}{8})^k}\]

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 楼主| lemondian 发表于 2024-8-27 11:17 来自手机
???

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战巡 发表于 2024-8-29 03:41
本帖最后由 战巡 于 2024-8-30 10:20 编辑 分子其实一看就是切比雪夫多项式相关的东西,不过还是用更普通一点的做法好了

所以只有笨办法,直接上母函数

先看分子
\[f(n)=\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n+1}^{n-2k}(\frac{1}{2})^k=\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n+1}^{2k+1}(\frac{1}{2})^k\]

\[F(t)=\sum_{n=0}^\infty f(n)t^n=\sum_{n=0}^\infty\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n+1}^{2k+1}(\frac{1}{2})^k\cdot t^n\]
这个先不管它那么多,就假设它收敛,于是交换求和次序
\[=\sum_{k=0}^\infty\sum_{n=2k}^\infty C_{n+1}^{2k+1}(\frac{1}{2})^k\cdot t^n\]
\[=\sum_{k=0}^\infty(1-t)^{-2(k+1)}t^{2k}(\frac{1}{2})^k=\frac{2}{t^2-4t+2}=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\frac{1}{t-(2+\sqrt{2})}-\frac{1}{t-(2-\sqrt{2})}\right)\]
注意到
\[\sum_{n=0}^\infty(at)^n=\frac{1}{1-at}\]
即有
\[-\frac{1}{a}\sum_{n=0}^\infty(\frac{t}{a})^n=\frac{1}{t-a}\]
那也就有
\[上面=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(-\frac{1}{A}\sum_{n=0}^\infty(\frac{t}{A})^n+\frac{1}{B}\sum_{n=0}^\infty(\frac{t}{B})^n\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}\sum_{n=0}^\infty\left(\frac{1}{B^{n+1}}-\frac{1}{A^{n+1}}\right)t^n\]
其中$A=2+\sqrt{2},B=2-\sqrt{2}$
这一比对就知道有
\[f(n)=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\frac{1}{B^{n+1}}-\frac{1}{A^{n+1}}\right)\]

分母采用类似的办法

\[g(n)=\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n-k}^{n-2k}(-\frac{1}{8})^k=\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n-k}^k(-\frac{1}{8})^k\]

\[G(t)=\sum_{n=0}^\infty\sum_{k=0}^{[\frac{n}{2}]}C_{n-k}^k(-\frac{1}{8})^kt^n\]
\[=\sum_{k=0}^\infty\sum_{n=2k}^\infty C_{n-k}^k(-\frac{1}{8})^kt^n\]
\[=\sum_{k=0}^\infty(1-t)^{-k-1}t^{2k}(-\frac{1}{8})^k\]
\[=\frac{8}{t^2-8t+8}=\sqrt{2}\left(\frac{1}{t-2(2+\sqrt{2})}-\frac{1}{t-2(2-\sqrt{2})}\right)=\sqrt{2}\left(\frac{1}{t-2A}-\frac{1}{t-2B}\right)\]
于是跟上面同理,会得到
\[g(n)=\sqrt{2}\left(\frac{1}{(2B)^{n+1}}-\frac{1}{(2A)^{n+1}}\right)=\frac{\sqrt{2}}{2^{n+1}}\left(\frac{1}{B^{n+1}}-\frac{1}{A^{n+1}}\right)\]
故此
\[\frac{f(n)}{g(n)}=2^n\]

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 楼主| lemondian 发表于 2024-8-29 13:47
战巡 发表于 2024-8-29 03:41
分子其实一看就是切比雪夫多项式相关的东西,不过还是用更普通一点的做法好了

所以只有笨办法,直接上母函 ...

有些地方不是很明白:特别是:“一比对”,得到的$f(n)=...$。
082901.jpg

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战巡 发表于 2024-8-29 13:57
lemondian 发表于 2024-8-29 13:47
有些地方不是很明白:特别是:“一比对”,得到的$f(n)=...$。


那只是个代号,你用$t$也好$x$也好,其他符号也好,并不影响结果
你如果实在受不了我也可以改回成$t$

点评

明白了  发表于 2024-8-29 22:48

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 楼主| lemondian 发表于 2024-8-29 22:46
战巡 发表于 2024-8-29 03:41
分子其实一看就是切比雪夫多项式相关的东西,不过还是用更普通一点的做法好了

所以只有笨办法,直接上母函 ...


082902.jpg

还是前面这里少了?
082903.jpg

点评

大哥,别死扣这些细节行不?一大堆tex代码打着打着很容易晕的,经常漏东西很正常,自己分辨一下就知道啦  发表于 2024-8-30 10:22
因为不是很懂,借机学习母函数,所以看得很细,怕自已出错,所以...😂  发表于 2024-8-30 12:51

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