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Probar este utilizando técnicas de conteo: $\sum_{k=0}^{n}{\binom{2n+1}k} = 2^{2n}$

Recientemente me encontré con una pregunta mientras estudiaba para un examen. No he sido capaz de resolverlo. Tuvimos que probar: $$\sum_{k=0}^{n}{2n+1\choose k} = 2^{2n}$$

Hemos tenido que utilizar técnicas de conteo. Este fue mi intento de

Sea S el conjunto de todos los subconjuntos de [1....2n]. Sabemos que el tamaño de S es $2^{2n}$ Otra manera de contar los subconjuntos de [1....2n] es ?????

...

Por lo tanto, ya que hemos utilizado dos métodos diferentes para contar la misma cosa, entonces $$\sum_{k=0}^{n}{2n+1\choose k} = 2^{2n}$$

Mi problema es que no puedo pensar en una segunda manera de contar los subconjuntos tales que es igual a la suma. Estoy en el camino correcto aquí, o es que hay otro conjunto de objetos a los que puedo contar para hacer la prueba más fácil?

Gracias por la ayuda.

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JiminyCricket Puntos 143

Los subconjuntos de $\{1,\ldots,2n+1\}$ vienen en pares de complementos. Exactamente un miembro de cada par de tal tiene hasta $n$ elementos.

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Noble Mushtak Puntos 701

Tenemos que considerar el conjunto $\{1,2,3,...,2n+1\}$. Hay $2^{2n+1}$ subconjuntos de aquí.

Sin embargo, otra manera de ver esto es que podemos elegir $k$ números de la serie de $2n+1$ elementos, que es ${2n+1 \choose k}$. Podemos resumir esto de$k=0$$k=2n+1$, lo que nos da: $$\sum_{k=0}^{2n+1} {2n+1 \choose k}=2^{2n+1}$$ Ahora, recuerde que: $${2n+1 \choose k}={2n+1 \choose 2n+1-k}$$ Esto significa ${2n+1 \choose 2n+1}$ es un duplicado de ${2n+1 \choose 0}$, ${2n+1 \choose 2n}$ es un duplicado de ${2n+1 \choose 1}$, ${2n+1 \choose 2n-1}$ es un duplicado de la ${2n+1 \choose 2}$, ..., y ${2n+1 \choose n+1}$ es un duplicado de la ${2n+1 \choose n}$. Por lo tanto, podemos suma de $k=0$ $k=n$y, a continuación, que se multiplican por $2$ a cuenta de los duplicados: $$2\sum_{k=0}^{n} {2n+1 \choose k}=2^{2n+1}$$ Con suerte, usted puede tomar desde aquí. Buena suerte!

3voto

πr8 Puntos 1628

$$\sum_{k=0}^{n}{2n+1\choose k} =\sum_{k=0}^{n}{2n+1\choose {2n+1-k}} = \sum_{k=n+1}^{2n+1}{2n+1\choose k}$$

$$2^{2n+1}=\sum_{k=0}^{2n+1}{2n+1\choose k}=\sum_{k=0}^{n}{2n+1\choose k}+\sum_{k=n+1}^{2n+1}{2n+1\choose k}=2\sum_{k=0}^{n}{2n+1\choose k}$$

$$\implies 2^{2n+1}=2\sum_{k=0}^{n}{2n+1\choose k}$$

que implica el resultado dado.

Una interpretación de esto es que un subconjunto seleccionado al azar de $\{1,\cdots,2n+1\}$ es igualmente probable que contenga elementos de $\le n$ o $>n$.

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James Messinger Puntos 1265

Aquí es una manera de ver que $$ \sum_{k=0}^{n} {2n+1 \elegir k} = 2^{2n}, $$ por un recuento de argumento que cuenta el número de subconjuntos de a $\{1, \ldots, 2n\}$ más de la mitad el número de subconjuntos de a $\{1, \ldots, 2n, 2n+1\}$. Esencialmente a contar los subconjuntos de a $\{1, \ldots, 2n\}$, rompemos los subconjuntos de si o no su tamaño es en la mayoría de las $n$.

Ahora a elegir un subconjunto, $B$$\{1, \ldots, n\}$, para algunas de las $0 \leq k \leq n$, elegimos $k$ elementos de $\{\star, 1, 2, \ldots, 2n\}$ obtener un subconjunto $A$. Si $\star$ no $A$, a continuación, establezca $B=A$. Si $\star$$A$, a continuación, establezca $B=\{1, \ldots, 2n\} \setminus A$. Ahora el número de formas de elegir nuestro set $A$ es precisamente $$ \sum_{k=0}^{n} {2n+1 \elegir k}. $$ Lo que queda es mostrar 1-1 de la correspondencia entre los conjuntos de $A$ y los subconjuntos de a $\{1, 2, \ldots, 2n\}$.

En primer lugar, vamos a mostrar que la correspondencia entre los conjuntos de $A$ y subconjuntos $B$ es sobre. Si $B$ es un subconjunto de a $\{1, \ldots, 2n\}$, entonces si $|B| \leq n$, podemos dejar que la $A=B$; pero si $|B| \geq n+1$, entonces nos pusimos $A=\{\star\} \cup \left( \{1, \ldots, 2n\}\setminus B\right)$ [ahora $|A| = 1+2n-|B| \leq n.$] de cualquier manera, esto $A$ daría lugar a nuestro subconjunto $B$.

Por el contrario, vamos a mostrar que esta correspondencia es inyectiva. Supongamos $A$ $A'$ corresponden ambos a subconjunto $B=B'$. Ahora si $A$ $A'$ ambos contienen $\star$ o $A$ $A'$ tanto no contienen $\star$, entonces es claro que debemos tener $A=A'$. Supongamos $A$ contiene $\star$ pero $A'$ no. Sin embargo, \begin{align*} |B| = 2n-(|A|-1) = n+1 +(n-|A|) &\geq n+1 \\&> n \geq |A'|=|B'|. \end{align*}

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