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$n$ - palabras sobre el alfabeto$\{0,...,d\}$ sin$0$% consecutivos

Estoy tratando de resolver el siguiente problema en el capítulo 3 de Aigner Un Curso en la Enumeración:

Deje $f(n)$ el número de $n$-palabras sobre el alfabeto $\{0,1,2\}$ que no contienen los vecinos de 0. Determinar el $f(n)$.

Es fácilmente llevado a la recurrencia $f(n)=2(f(n-1)+f(n-2))$ y la generación de la función $$F(x)=\frac{1+x}{1-2x-2x^2}.$$ At this point, I am trying to solve for $f(n)$. He utilizado fracciones parciales para obtener $$f(n)=\frac{1+\sqrt{3}}{2\sqrt{3}}(\frac{-1+\sqrt{3}}{2})^n+\frac{-1+\sqrt{3}}{2\sqrt{3}}(\frac{-1-\sqrt{3}}{2})^n$$ para $n\geq 2$, pero no puedo conciliar con Brian M. Scotts respuesta aquí: relación de Recurrencia para el número de ternario trings que contiene 2 ceros consecutivos vs no contiene

También he intentado generalizar, mirando a la $n$palabras $\{0,...,m\}$ sin consecutivas $0$'s. Esto nos lleva a la generación de la función $$F_m(x)=\frac{1+x}{1-mx-mx^2}.$$ Desde mi determinación de $f(n)$ da valores incorrectos, he cometido un error. Después de una hora de comprobar, simplemente no puedo encontrarlo. Además, Aigner da la siguiente respuesta $$f(n)=\sum_i(\binom{n+1}{2i+1}+\binom{n}{2i+1})3^i,$$ que no puede venir de este fibonacci-como en el enfoque. Alguna idea?

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goric Puntos 5230

Comience con $$ {1 + x \ sobre 1-2x-2x ^ 2} = {\ left ({{1 \ over 2} + {1 \ over \ sqrt {3}}} \ right) \ over 1-x (1+ \ sqrt {3})} + {\ left ({{1 \ over 2} - {1 \ over \ sqrt {3}}} \ right) \ over 1-x (1- \ sqrt {3} ) para obtener $$
\begin{eqnarray*}p(n)&=&\left({{1\over 2}+{1\over\sqrt{3}}}\right)(1+\sqrt{3})^n+\left({{1\over 2}-{1\over\sqrt{3}}}\right)(1-\sqrt{3})^n\\[5pt]&=&{1\over 2}[(1+\sqrt{3})^n+(1-\sqrt{3})^n]+{1\over\sqrt{3}}[(1+\sqrt{3})^n-(1-\sqrt{3})^n]\\[5pt] &=&\sum_j {n\choose 2j}\,3^j+\sum_j 2{n\choose 2j+1}\,3^j. \end {eqnarray *}

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Roger Hoover Puntos 56

Me parece que tú, Aigner y Brian Scott están diciendo lo mismo.

Tenemos$f(n) = 2 f(n-1) + 2 f(n-2)$, junto con$f(1)=3$ y$f(2)=8$, por lo tanto:

$$ \sum_{n\geq 1}f(n)\,x^n = \frac{3x+2x^2}{1-2x-2x^2}$ $ y por descomposición de fracción parcial:$$ f(n) = \left(11+\frac{14}{\sqrt{3}}\right)\left(\frac{-1+\sqrt{3}}{2}\right)^n + \left(11-\frac{14}{\sqrt{3}}\right)\left(\frac{-1-\sqrt{3}}{2}\right)^n. $ $ Para recuperar la representación de Aigner como una suma ponderada de coeficientes binomiales, es suficiente expandir$(-1\pm\sqrt{3})^n$ utilizando el teorema binomial.

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Markus Scheuer Puntos 16133

Aquí es otra variación del tema. No es el más corto, pero podría ser útil para casos similares y proporciona un poco diferente de la representación de la solución.

Desde que a menudo tienen que lidiar con la serie de la forma

\begin{align*} G(x)=\frac{p+qx}{ax^2+bx+c} \end{align*}

obtenemos una representación general por una expansión de la serie en $x=0$. Sobre la base de este resultado se obtiene una solución para $F(x)$$F_m(x)$.

El uso parcial de la fracción de la descomposición de la $G(x)$ y denotar los ceros de $ax^2+bx+c$ $x_0,x_1$ obtenemos

\begin{align*} G(x)&=\frac{p+qx}{ax^2+bx+c}\\ &=\frac{1}{a}\frac{p+qx_0}{x_0-x_1}\frac{1}{x-x_0}-\frac{1}{a}\frac{p+qx_1}{x_0-x_1}\frac{1}{x-x_1}\tag{1}\\ &=\frac{1}{ax_0}\frac{p+qx_0}{x_1-x_0}\frac{1}{1-\frac{x}{x_0}} -\frac{1}{ax_1}\frac{p+qx_1}{x_1-x_0}\frac{1}{1-\frac{x}{x_1}}\\ &=\frac{1}{ax_0}\frac{p+qx_0}{x_1-x_0}\sum_{k=0}^{\infty}\left(\frac{x}{x_0}\right)^k -\frac{1}{ax_1}\frac{p+qx_1}{x_1-x_0}\sum_{k=0}^{\infty}\left(\frac{x}{x_1}\right)^k\tag{2}\\ &=\frac{x_1}{c}\frac{p+qx_0}{x_1-x_0}\sum_{k=0}^{\infty}\left(\frac{a}{c}x_1\right)^kx^k -\frac{x_0}{c}\frac{p+qx_1}{x_1-x_0}\sum_{k=0}^{\infty}\left(\frac{a}{c}x_0\right)^kx^k\tag{3} \end{align*}

Comentario:

  • En (1) se utiliza la fracción parcial de la descomposición y $$ax^2+bx+c=a(x-x_0)(x-x_1)=a(x^2-(x_0+x_1)x+x_0x_1)$$

  • En (2) se representan las fracciones como series geométricas en $x=0$.

  • En (3) se utiliza la relación de $x_0x_1=\frac{c}{a}$

En el siguiente utilizamos el coeficiente de operador $[x^n]$ para denotar el coeficiente de $x^n$ de la serie en (3)

\begin{align*} [x^n]G(x)&=\frac{p+qx_0}{x_1-x_0}a^n\left(\frac{x_1}{c}\right)^{n+1} -\frac{p+qx_1}{x_1-x_0}a^n\left(\frac{x_0}{c}\right)^{n+1}\\ &=\frac{a^n}{c^{n+1}}\frac{1}{x_1-x_0}\left[(p+qx_0)x_1^{n+1}-(p+qx_1)x_0^{n+1}\right] \end{align*}

Ahora es el momento de la cosecha. Con \begin{align*} F(x)&=\frac{p+qx}{ax^2+bx+c}=\frac{1+x}{-2x^2-2x+1} \end{align*} obtenemos \begin{align*} x_{0,1}&=\frac{1}{2a}\left(-b\pm\sqrt{b^2-4ac}\right)=-\frac{1}{2}(1\pm\sqrt{3})\\ x_1-x_0&=\sqrt{3}\\ p+qx_0&=\frac{1}{2}(1-\sqrt{3})\\ p+qx_1&=\frac{1}{2}(1+\sqrt{3}) \end{align*} y obtenemos el coeficiente de $[x^n]F(x)$ \begin{align*} [x^n]F(x)&=(-2)^n\frac{1}{\sqrt{3}}\left[\frac{1}{2}(1-\sqrt{3})\left(-\frac{1}{2}\right)^{n+1}(1-\sqrt{3})^{n+1}\right.\\ &\qquad\qquad\qquad\left.-\frac{1}{2}(1+\sqrt{3})\left(-\frac{1}{2}\right)^{n+1}(1+\sqrt{3})^{n+1}\right]\\ &=\frac{1}{4\sqrt{3}}\left[(1+\sqrt{3})^{n+2}-(1-\sqrt{3})^{n+2}\right]\\ &=\frac{1}{4\sqrt{3}}\sum_{j}2\binom{n+2}{2j+1}\left(\sqrt{3}\right)^{2j+1}\\ &=\frac{1}{2}\sum_{j}\binom{n+2}{2j+1}3^j\tag{4} \end{align*}

Tenga en cuenta, que a partir de (4) y OPs representación obtenemos la identidad

\begin{align*} \frac{1}{2}\sum_{j}\binom{n+2}{2j+1}3^j=\sum_{j}\left[\binom{n+1}{2j+1}+\binom{n}{2j+1}\right]3^j \end{align*}

$$ $$

Del mismo modo podemos obtener a partir de la generación de la función \begin{align*} F_m(x)=\frac{1+x}{-mx^2-mx+1} \end{align*}

el coeficiente de $[x^n]$$F_m$:

\begin{align*} [x^n]F_m(x)&=\frac{\left(\frac{m}{2}\right)^n}{4\sqrt{1+\frac{4}{m}}} \left[\left(1+\sqrt{1+\frac{4}{m}}\right)^{n+2}-\left(1-\sqrt{1+\frac{4}{m}}\right)^{n+2}\right]\\ &=\frac{1}{2}\left(\frac{m}{2}\right)^n\sum_{j}\binom{n+2}{2j+1}\left(1+\frac{4}{m}\right)^j \end{align*}

Nota: Con la ayuda de Wolfram Alpha nos encontramos \begin{align*} F(x)=\frac{1+x}{-2x^2-2x+1}=1+3x+8x^2+22x^3+60x^4+164x^5+\mathcal{O}(x^6) \end{align*} Respecto a un comentario, tenga en cuenta la generación de la función de Jack D'Aurizio es \begin{align*} H(x)&=\frac{3x+2x^2}{-2x^2-2x+1}\\ &=F(x)-1\\ &=3x+8x^2+22x^3+60x^4+164x^5+\mathcal{O}(x^6) \end{align*}

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