diff --git a/jk_web/teaching_24_kg1/4.md b/jk_web/teaching_24_kg1/4.md new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..71d219ac729f4e4b49e4dfa7dde74b5c82c26aea --- /dev/null +++ b/jk_web/teaching_24_kg1/4.md @@ -0,0 +1,106 @@ +--- +title: "KG1 Jiří Kalvoda: Cvičení 4 (Vytvoř. fce)" +lang: "cs" +--- + +[#jk_web.teaching_24_kg1.cvic_formatitko]{type=module} + +\def\sectioneject{} + +[]{c=head} + +Vytvořující funkce pro posloupnost $(a_0, a_1, a_2, \dots)$ je mocninná řada $a(x) = a_0 + a_1x + a_2x^2 + a_3x^3 + \cdots$. + +Zobecněné kombinační číslo ($r\in \R, k\in\N$): ${r \choose k} = {n(n-1)\cdots(n-k+1) \over k!}$ +Zobecněná binomická věta: $(1+x)^r = \sum_{k\ge 0} {r \choose k} x^k$. +Důsledek: ${1\over (1-x)^m} = \sum_n {m+n-1 \choose m-1} x^n$. + +Vytvořující funkce posloupnosti samých jedniček je $1 \over 1-x$. + +Základní úpravy: +`\vskip -20pt`{=tex} + ++--------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------+ +|$f(x)+g(x)$ | $a_0 + b_0, a_1 + b_1, a_2 + b_2, \dots , a_n + b_n, \dots$ | ++--------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------+ +|$cf(x)$ | $ca_0 , ca_1 , ca_2 , \dots , ca_n , \dots$ | ++--------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------+ +|$xf(x)$ | $0, a_0 , a_1 , a_2 , \dots , a_{n-1} , \dots$ | ++--------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------+ +|$f(x)-a_0 \over x$ | $a_1 , a_2 , \dots , a_{n+1} , \dots$ | ++--------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------+ +|$f(x^2)$ | $a_0, 0, a_1 ,0, a_2 ,0, a_3, 0, \dots$ | ++--------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------+ +|$f(cx)$ | $a_0, ca_1, c^2a_2, c^3 a_3, \dots , c^na_{n} , \dots$ | ++--------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------+ +|$f(x)g(x)$ |$a_0b_0 , a_0b_1 + a_1b_0 , a_0b_2 + a_1b_1 + a_2b_0, \dots, \sum_{0\le i \le n} a_ib_{n-i}, \dots$| ++--------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------+ + + + +Vytvořujíci funkce posloupností +================= + +Najděte vytvořující funkci následujících posloupností: + +a) $1,2,3,4,\dots, n+1, \dots$ + 1) pomocí konvoluce + 2) pomocí derivace + 3) pomocí zobecněné binomické věty +b) ${p \choose p}, {p+1 \choose p}, \dots, {p+n \choose p} \dots$ + +Explicitní vzorec +================= + +Najděte explicitní vzorec pro $n$-tý člen posloupností určených následujícími vytvořujícími funkcemi: + +a) $a \over b-cx$ pro $a,b,c \in \R-\{0\}$ +b) $3x+7 \over (x+2)(x+3)$ +c) $20x + 16 \over 2x^2 - x -6$ +d) $2x^2 + 7x - 4 \over x^2 - 1$ +e) $1+2x \over x^2 + 6x + 9$ +```{c=cmt} +b) (1/(x+2) + 2/(x+3)) +c) 4/(2x+3) + 8/(x-2) +``` + +Pro matematické úpravy a jiné podúlohy klidně použijte vhodné nástroje. + +Obecný postup: +jmenovatele rozdělíme na dvojčleny, rozložíme na parciální zlomky a pro každý z nich najdeme vytvořující funkci. + +\vfil\eject + +Kombinatoricky definované VF +========================= + +Najděte vzorce v uzavřeném tvaru (tedy bez nekonečných sum) pro vytvořující funkce následujících posloupností. + +a) Posloupnost $(b_n)_{n=0}^\infty$, kde $b_n$ označuje počet způsobů, jak lze číslo $n$ zapsat jako součet libovolného počtu + lichých přirozených čísel (na pořadí sčítanců opět záleží). Například $b_4 = 3$, neboť číslo 4 lze zapsat těmito + součty: $1 + 3, 3 + 1, 1 + 1 + 1 + 1$. +b) Posloupnost $(c_n)_{n=0}^\infty$ , kde $c_n$ označuje počet způsobů, jak lze číslo $n$ zapsat jako součet jedniček a dvojek (na + pořadí sčítanců záleží). Například $c_4 = 5$, neboť číslo 4 lze zapsat těmito součty: $1 + 1 + 1 + 1, 1 + 1 + 2, + 1 + 2 + 1, 2 + 1 + 1, 2 + 2$. + +Dokazování rovností +=================== + +Pro posloupnosti $b_n$ a $c_n$ z předchozího příkladu platí, že pro každé $n \ge 0$ je $c_n$ rovno $b_{n+1}$ . + +a) Dokažte to pomocí vytvořujících funkcí. +b) Dokažte to kombinatorickou úvahou. + + +Vytvořující funkce polynomů +============================ + +a) Nechť $d$ je přirozené číslo a nechť $P(x)$ je polynom stupně menšího než $d$. Uvažme funkci $f(x) = {P(x) \over (1-x)^d}$. + Ukažte, že $f(x)$ je vytvořující funkce pro posloupnost $q(0), q(1), q(2), q(3), \dots$, kde $q(n)$ je nějaký polynom + v proměnné $n$ stupně menšího než $d$. (Zdá-li se vám to těžké, rozmyslete nejdřív případy $d = 1$ a $d = 2$.) +b) Rozmyslete, zda platí i opačné tvrzení, tedy že když $q(n)$ je polynom stupně menšího než $d$, tak posloupnost + $q(0), q(1), q(2), \dots$ má nutně vytvořující funkci tvaru $P(x) \over (1-x)^d$, kde $P (x)$ je nějaký polynom stupně menšího + než $d$. +c) Předpokládejme, že $q(n)$ je polynom stupně $s \in N_0$ . Ukažte, že existuje polynom $r(n)$ stupně $s + 1$ takový, + že pro každé $n \in N_0$ platí $r(n) = q(0) + q(1) + q(2) + \cdots + q(n)$. (I zde můžete začít s případy, kdy $s$ je + nějaké malé číslo)