スターリング数の組み合わせ解釈
スターリング数は組み合わせ解釈をすることができる。
(1)第1種スターリング数
第1種スターリング数の絶対値は区別の出来る個の玉を区別の出来ない個の箱に巡回列として空箱なしで入れる場合の数に等しい。
(2)第2種スターリング数
第2種スターリング数は区別の出来る個の玉を区別の出来ない個の箱に空箱なしで入れる場合の数に等しい。
人を個の空グループなしの名前なしグループ分けするときの総数は第2種スターリング数となります。
-
の例
を2つの区別の出来ない箱に入れ巡回列に空箱なしで分けるには、
の11通りとなる。巡回列なのでとは同じとなる。
これより、となる。
-
の例
を2つの区別出来ない箱に空箱なしで分けるには、
の7通りとなる。
これより、となる。
(1)
求める場合の数を
とする。
個の玉の場合の数から玉を1つ追加して
個での場合の数
を求める。
方法1は、
個の玉を
個の巡回列に分けて、k個目の巡回列に
番目の玉を1つだけ入れる方法で、場合の数は
となる。
方法2は、
個の玉を
個の巡回列に分けて、
番目の玉を既に出来ている
個の巡回列に追加する方法である。
このとき
個の玉の中から1つ選びその玉の後に巡回列として追加すればいいので場合の数は
となる。
玉を1つ追加するには新しい箱を追加するか、既に出来ている箱に追加するしかないのでこの方法1と方法2で全てとなる。
従って漸化式は、
となるので、
とおき、両辺を
で割ると、
となり、
は第1種スターリング数と同じ形になる。
また、1つ以上の玉を0個の箱に入れ巡回列を作るのは不可能なので0通りとなり、0個の玉を0個の箱に入れ巡回列を作る場合の数は何もしない1通りしかないので、まとめると
となり、これも第1種スターリング数と同じになる。
故に初期値と漸化式が第1種スターリング数と等しいので、
となり題意は成り立つ。
(2)
求める場合の数を
とする。
個の玉の場合の数から玉を1つ追加して
個での場合の数
を求める。
方法1は、
個の玉を
個の箱に空箱なしで分けて、k個目の箱に
番目の玉を1つだけ入れる方法で、場合の数は
となる。
方法2は、
個の玉を
個の箱に空箱なしで分けて、
番目の玉を既に出来ている
個の箱に追加する方法である。
このとき、
個の中から1つ選べばいいので場合の数は
となる。
玉を1つ追加するには新しい箱を追加するか、既に出来ている箱に追加するしかないのでこの方法1と方法2で全てとなる。
従って漸化式は、
となり、第2種スターリング数と同じ形になる。
また、1つ以上の玉を0個の箱に入れ巡回列を作るのは不可能なので0通りとなり、0個の玉を0個の箱に入れる場合の数は何もしない1通りしかないので、まとめると
となり、これも第2種スターリング数と同じになる。
故に初期値と漸化式が第2種スターリング数と等しいので、
となり題意は成り立つ。
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第1種・第2種スターリング数の性質
(*)スターリング数の漸化式
スターリング数の逆行列
(*)スターリング数と2項係数