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La prueba de una identidad para completar homogénea de los polinomios simétricos

Probablemente todo el mundo conoce la expresión: $$ \sum_{k_1,k_2\ge0}^{k_1+k_2=k}a_1^{k_1}a_2^{k_2}=\frac{a_1^{k+1}-a_2^{k+1}}{a_1-a_2}, $$ donde $a_1\ne a_2$ es asumido.

Parece que se puede generalizar a la siguiente instrucción. Vamos $a_i$ ($i=1..n)$ ser algunos de los números, tales que para cualquier $i\ne j$: $a_i\ne a_j$. Entonces: $$ \sum_{k_1,k_2,\dots,k_n\ge0}^{\sum_{i=1}^n k_i=k}\prod a_i^{k_i}=\sum_{i=1}^n\frac{a_i^{k+n-1}}{\prod_{j\ne i}(a_i-a_j)}. $$

Hay un nombre especial para esta expansión? ¿Cuál es la forma más sencilla para demostrarlo?

6voto

Stephen Schrauger Puntos 126

No sé si hay un nombre para esta expansión, pero esta es la completa homogénea polinomio simétrico.

Edit: he Aquí una prueba que utiliza parcial fracción de descomposición.

Primera nota $$h_k = \sum_{k_1,k_2,\dots,k_n\ge0}^{\sum_{i=1}^n k_i=k}\prod a_i^{k_i}$$ has the generating function $$\sum_{n=0}^\infty h_k t^k = \prod_{i=1}^n \frac{1}{1 - a_it}.$$ So we need to find a way to extract the coefficient of $t^k$ desde el lado derecho.

Suponiendo que ninguno de los $a_i$'s son iguales, esto es una función racional en $t$ $n$ distintas raíces, por lo que podemos aplicar una fracción parcial de la descomposición:

$$\prod_{i=1}^n \frac{1}{1 - a_it} = \sum_{i=1}^n \frac{c_i}{1 - a_it}.$$

para algunos $c_i$ a ser determinado. Multiplicando por el denominador de la izquierda le da

$$1 = \sum_{i=1}^n c_i\prod_{j \neq i} (1 - a_jt).$$

Para encontrar el$c_i$,$t = 1/a_i$. A continuación, cada término se desvanece, excepto la con $c_i$. Esto le da

$$1 = c_i\prod_{j \neq i} (1 - a_j/a_i)$$

$$ c_i = \frac{1}{\prod_{j \neq i} (1 - a_j/a_i)} = \frac{a_i^{n-1}}{\prod_{j \neq i} (a_i - a_j)}$$

A continuación, $$\sum_{k=0}^\infty h_k t^k = \sum_{i=1}^n \frac{c_i}{1 - a_it} = \sum_{i=1}^n \sum_{k=0}^\infty c_i a_i^k t^k$$

y así, el coeficiente de $t^k$ es

$$h_k = \sum_{i=1}^n c_i a_i^k = \sum_{i=1}^n \frac{a_i^{n+k-1}}{\prod_{j \neq i} (a_i - a_j)}$$

Buen trabajo encontrar esta bonita identidad, por cierto! Estoy seguro de que es "bien conocido", pero yo no lo había visto.

4voto

K B Dave Puntos 641

Creo que no tiene un nombre especial, pero los conceptos implicados hacer.

Deje $f_t(a)=\frac{1}{1-ta}$. A continuación, el $(n-1)$th dividido diferenciaes $$\Delta^{n-1}f_t[a_1,a_2,\ldots,a_n]=\frac{t^{n-1}}{\prod_{i=1}^n(1-a_it)}$$ como puede comprobarse por la inducción en $n$; el lado derecho es $t^{n-1}$ los tiempos de la generación de la función de la completa homogénea simétrica polinomios. Pero también tenemos $$\Delta^{n-1}f_t[a_1,a_2,\ldots,a_n]=\sum_{i=1}^n\frac{f_t(a_i)}{\prod_{j\neq i}(a_j-a_i)}=\sum_{i=1}^n\frac{(1-a_it)^{-1}}{\prod_{j\neq i}(a_j-a_i)}$$ (este es un estándar de la identidad en la teoría de la división de diferencias), por lo que $$\frac{t^{n-1}}{\prod_{i=1}^n(1-a_it)}=\sum_{i=1}^n\frac{(1-a_it)^{-1}}{\prod_{j\neq i}(a_j-a_i)}\text{.}$$ Tomando el coeficiente de $t^{k+n-1}$ en ambos lados da el resultado deseado.

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