拆分數估計

整數的拆分問題,即將正整數n分解為若干個正整數的和。不考慮起求和的順序。正整數的一種拆分可以理解為將n個無區別的球,放入n個無區別的盒子,其每種方案就是一種拆分。一般來說現在整數的拆分問題求解的常用工具是母函式和Ferrers圖像 。整數拆分在組合數學、群論、機率論、數理統計學等方面都有重要套用,但當n比較大時,計算機複雜度高,所以這裡給出一種關於拆分數估計的定理與證明,便於拆分數的推廣與套用。

拆分數估計定理

正整數n拆分成若干個正整數之和,其不同的拆分數用p(n)表示,{p(n)}的母函式為:

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則拆分數估計可以表示為:

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證明

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根據馬克羅林級數:

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所以:

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又由於

所以有下式成立:

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因此有

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所以

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但是

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所以

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設 有

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曲線y=lnx是向上凸的,所以曲線y=lnx在(1,0)的切線為y=x-1,即有 .

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所以

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對於 ,令其一階導 ,方程的解為

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又因為y的二階導 ,所以y的極小值為

所以

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套用

1.一般情況下,p(n)的遞推關係比較複雜,但很多情況我們往往不需要知道確切的拆分數,我們可以用拆分數估計定理來估計拆分數的上界;p(n)的漸進公式也是很多學者研究的課題。

2. 圖論,組合論等領域中有廣泛套用。

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