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Prueba combinatoria$\sum_i^{\lfloor{n/2}\rfloor} (-1)^i {n-i\choose i} 2^{n-2i} = n+1$

Dar una combinatoria de prueba (doble conteo) que $\sum_i^{\lfloor{n/2}\rfloor} (-1)^i {n-i\choose i} 2^{n-2i} = n+1$

Hubo una sugerencia de que quizá $n$ bits en números binarios sin el 01 de mayo de ayuda. (por ejemplo. 1001, 10000110, 1010101 no son válidas)

Puedo demostrar que el conteo de $n$ bits en números binarios sin 01 es n+1. Porque son uno de estos:

$00...00$

$10....00$

$110...00$

...

$11...11$

Pero no sé cómo probar el lado izquierdo es igual a este. Creo que tal vez los usos de inclusión exclusión porque el primer término de la suma es el recuento de todos los $n$ bits en números binarios, pero no sé qué debo decir para otros términos.

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Marko Riedel Puntos 19255

Con este problema subyacente poset consta de nodos $Q\subconjunto [n-1]$ (the set of positions where a $01$ par reside) que representan cadenas binarias con $01$ que aparecen en las posiciones más posiblemente algunos otros. Tenga en cuenta que los conjuntos representados en algunos $Q$son vacío, es decir, cuando hay solapamiento entre dos o más $01$ pares, es decir, cuando existe una $m$ tal que $\{m,m+1\} \subseteq P.$ The weights on the $Q$ are as usual $(-1)^{|P|}.$ La cardinalidad del conjunto de cadenas de caracteres representados en $Q$ es claramente $2^{n-2|Q|}.$Para un dado de cardinalidad $|Q|=q$ el número de nodos de $Q$ sin solapamiento entre los componentes de los pares se obtiene mediante la colocación de un número de espacios (que recibirá un dígito binario), posiblemente vacía, entre el $q$ $01$ pares cuya longitud debe sumar a $n-2q:$

$$[z^{n-2t}] \frac{1}{(1-z)^{q+1}} = {n-2t+q\elegir q} = {n-p\elegir q}.$$

(Hay dos cardinalidades aquí, la cardinalidad $|Q|=q$ de $Q$y la cardinalidad $2^{n-2q}$ del conjunto de cadenas de caracteres representados en $Q$.) La introducción de $M$, el conjunto de los subconjuntos de a$[n-1]$ que no contienen un par $\{m,m+1\}$ es decir, sin superposición y recuento de las cadenas de representada en todos los $Q\in M$ multiplicado por el peso de los rendimientos de la la forma cerrada

$$\sum_{Q\in M} (-1)^{|P|} 2^{n-2|Q|} = \sum_{q=0}^{\lfloor n/2\rfloor} {n-p\elegir q} (-1)^q 2^{n-2t}.$$

Aquí hemos utilizado el hecho de que la longitud de la $n$ de la cadena impone el enlazado $n\ge 2|Q|.$

Por otro lado, el conteo de calcular el peso total contribuido por cada una de las $2^n$ cadenas nos encontramos con que una cadena que no tiene instancia de la $01$ par sólo aparece en $Q=\emptyset$ , con un total de peso $(-1)^{|\emptyset|} = 1.$ Una cadena cuyo conjunto de instancias de el $01$ par es exactamente $P$ donde $|P|\ge 1$ aparece en todos los $Q\subseteq P$ para un peso total de cero desde

$$\sum_{Q\subseteq P} (-1)^{|P|} = \sum_{q=0}^{|P|} {|P|\elegir q} (-1)^p = 0.$$

Observar que esto funciona desde $P\in M$ e $Q\subseteq P$ implica $Q \en M.$ llegamos a la conclusión de que estos pesos que la suma de la cuenta exactamente esas cadenas con ninguna instancia de la $01$ par, estas teniendo el peso de uno, y los otros con peso cero. Por lo tanto es igual a

$$n+1.$$

Como un comentario, se observa que la suma no es difícil de evaluar. Nosotros obtener

$$\sum_{q=0}^{\lfloor n/2\rfloor} {n-p\elegir n-2t} (-1)^q 2^{n-2t} = 2^n [z^n] (1+z)^n \sum_{q=0}^{\lfloor n/2\rfloor} (-1)^q 2^{-2t} z^{t2} (1+z)^{-q}.$$

Aquí el coeficiente de extractor de controles de la gama y continuamos con

$$2^n [z^n] (1+z)^n \sum_{q\ge 0} (-1)^q 2^{-2t} z^{t2} (1+z)^{-q} \\ = 2^n [z^n] (1+z)^n \frac{1}{1+z^2/(1+z)/4} = 2^n [z^n] (1+z)^{n+1} \frac{1}{1+z+z^2/4} \\ = 2^n [z^n] (1+z)^{n+1} \frac{1}{(1+z/2)^2} = 2^n \sum_{k=0}^n {n+1\elegir n-k} (k+1) (-1)^k 2^{-k} \\ = 2^n \sum_{k=0}^n {n+1\elegir k+1} (k+1) (-1)^k 2^{-k} = (n+1) 2^n \sum_{k=0}^n {n\elegir k} (-1)^k 2^{-k} \\ = (n+1) 2^n (1-1/2)^n = n+1.$$

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