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Directo combinatoria prueba de una suma de identidad formal de los polinomios de Lagrange

Deje $k$ ser un campo y $K=k(x_0,x_1,\ldots, x_n)[x]$. Definir $$\mathcal{L}_k(x)\triangleq \prod_{\substack{j=0\\ j\ne k}}^n\frac{x-x_j}{x_k-x_j}.$$

Hay una puramente combinatoria manera de mostrar que $$\sum_{k=0}^n\mathcal{L}_k(x)=1?$$

Es decir, me gustaría considerar la $\mathcal{L}_k(x)$ como formal polinomios, no como funciones. Soy consciente de la prueba por interpolación, pero creo que debe haber una interesante combinatoria prueba utilizando el recuento de los argumentos con los índices.


Mi intento.

Para agregar directamente los sumandos juntos, tenemos un denominador común. Vamos $R_n=\{0,\ldots, n\}$, $S=\{(i,j)\in R_n\times R_n |j<i\}$, y $S_k=\{(i,j)\in S | i=k\text{ or }j=k\}$. En primer lugar, tenga en cuenta que $$\begin{eqnarray*}\prod_{\substack{j=0\\ j\ne k}}^n\frac{1}{x_k-x_j}&=& \prod_{\substack{j=0\\ j< k}}^n\frac{1}{x_k-x_j}\prod_{\substack{j=0\\ j> k}}^n\frac{1}{-(x_j-x_k)}\\&=&\prod_{j=0}^{k-1}\frac{1}{x_k-x_j}\prod_{j=k+1}^n\frac{1}{-(x_j-x_k)}\\ &=&(-1)^{n-k}\prod_{(i,j)\in S_k}\frac{1}{x_i-x_j} \end{eqnarray*}$$ Para obtener un denominador común, nosotros por eso se multiplica cada término por $$\frac{\prod_{(i,j)\in S\setminus S_k}x_i-x_j}{\prod_{(i,j)\in S\setminus S_k}x_i-x_j}$$
para obtener el $$\prod_{j<i}\frac{1}{x_i-x_j}\sum_{k=0}^n\left((-1)^{n-k}\prod_{\substack{j=0\\ j\ne k}}^n(x-x_j)\prod_{(i,j)\in S\setminus S_k}(x_i-x_j)\right)$$ ...y aquí es donde me pueda quedar atrapado, no puede pensar en una forma de continuar.

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QuentinUK Puntos 116

No es un buen argumento mediante el determinante de Vandermonde. No sé si es la combinatoria suficiente para su gusto.

Considere la matriz de Vandermonde $V(x_0, x_1, \dots, x_n)$. Su determinante es $$D = \prod_{0 \leq i< j \leq n} (x_i-x_j).$$ (There are many arguments for this.) Remark that if we shift all of the $x_i$'s by the same variable, the determinant doesn't change, because $x_i-x_j = (x_i+x)-(x_j+x)$. Por lo tanto,

$$D(x_0+x,\: x_1+x,\: \dots,\: x_n+x) = D(x_0, x_1, \dots, x_n) = D.$$

Pero ahora, si ampliamos el determinante $D(x_0+x,\: x_1+x,\: \dots,\: x_n+x)$ a lo largo de la columna de $1$'s, obtenemos precisamente la fórmula $\sum \mathcal L_k(x) = 1$ después de dividir por $D$ (el uso de la inducción en cada una de las $n+1$ más pequeño de los determinantes).

Edit: he Aquí un ejemplo de lo que quiero decir, para $n=2$. Espero que sea claro. En la parte superior tenemos el determinante de Vandermonde, y me han expandido a lo largo de la columna de $1$'s. Termino con $3$ Vandermonde determinantes de un tamaño más pequeño, que yo también evaluar usando el truco de arriba. La división de la parte inferior de resultado por el resultado de su fórmula. Lo siento por la calidad de la imagen, es un espacio estrecho y no podía llegar a toda la junta directiva de cualquier otra manera.

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