分组问题的丰富内涵

 

湖北省孝感工业学校 曹 陵 华东船舶工业学院 臧正松

摘要:序篇从佛经中引出了相同元素的分组问题,并探讨与证明了定理一至三,从而彻底解决组合分析中的球盒问题。本文模仿杨辉三角形给出分组问题的M(k,r)值表,及分组函数d(k)与s(k),将分组问题的性质和计算进一步拓展深入,得到完整的理论体系与美妙的几何结构。

关键词:M(k,r)值表 分区 分组函数 几何结构

五、在A区与D区之间,即3<r<[k/2]时,为中间区域的B区和C区

中间区域从k=8行开始,每向下两行加一列,k行共有[k/2]-3项,根据定理二:

M(n,r)=M(n-r,i),M(k,r)项的值为向上r行即(k-r)行的前r个值之和;当剩下的k-2r项都是尾项时,即要求r≥(k-r)/2,推出 3r≥k,所以满足条件[k/3]≤r≤[k/2]时,该项被称作中项或递减项。再由定义3可以知道:k-r行各项之值总和为d(k-r),

而这k-2r个尾项之和是s(k-2r-1),因此有:

定理五:将k个相同元素分成r个无序组,当满足条件[k/3]≤r≤[k/2]时,

分法种数称作中项或递减项C(k,r)。有计算公式 C(k,r)=d(k-r)-s(v) 成立,

其中:v=k-2r-1,s(v)=d(0)+d(1)+d(2)+……+d(v).

先仔细观察分组问题的M(k,r)值表 ,在k为偶数时,这行中央出现了主项M(2r,r)=d(r),主项向斜上方“”(即3π/4方向)依次递减d(0)+d(1)+d(2)+……,即依次递减1,1,2,3,5,……,直抵B区夹缝项阵前;组成 M(k,r)值表的递减带,

C区递减带的宽度是[k/3]≤r≤[k/2],即k行共有[k/2]-[k/3]+1个递减项。

例4;计算分组数 M(33,20),M(37,14)及M(42,19)。

解: (1)对于M(33,20)k=33r=20;因为20>[33/2]=16,所以M(33,20) 是尾项D(33,20)。根据定理四:D(k,r)=d(t), t=k-r=13,因此 M(33,20)=D(33,20) =d(13)=101

(2)对于M(37,14) ,因为12=[37/3]<14<[37/2]=18,所以M(37,14) 是递减项C(37,14);根据定理五:k-r=23v=k-2r-1=8,因此 M(37,14)= C(37,14)=d(23)-s(8)=1255-67=1188

(3)对于M(42,19) ,因为14=[42/3]<19<[42/2]=19,所以M(42,19) 是递减项C(42,19);根据定理五:k-r=23v=k-2r-1=3,因此 M(42,19)= C(42,19)=d(23)-s(3)=1255-7=1248

例5; 验证中项 C(k,r) 沿3π/4方向“”的递减原理,并举例说明。

证:从C(k,r)向下J行再向右J列“”得到M(k+J,r+J) ,且适合条件:r+J(k+J)/2,即2r+2Jk+JJk-2r,所以M(k+J,r+J)也为递减项;当取“=”号时得到的是主项。

(k+J,r+J)C(k,r)与主项d(k-r) 之间。根据定理五有: (k+J,r+J)C(k,r)

d(k-r)-s(k+r-2r-2J-1)- d(k-r)+s(k-2r-1)= s(k-2r-1) -s(k+r-2r-2J-1) =d(v)+ d(v-1)+……+d(v-J+1),以上v=k-2r-1,结果是J项之和。说明了从C(k+J,r+J)C(k,r)的依次递减原理,其中J为不大于k-2r的自然数。(参阅 图―2的右上部分)

比如例4的递减项C(37,14),取J=5时得到C(42,19)在C(37,14)与主项C(46,23)=d(23)=1255之间。此时v=8,中项C(42,19)沿3π/4方向“”斜上依次递减d(4),d(5),d(6),d(7),d(8)共5项,即C(42,19)=1248 向“”斜上依次递减5,7,11,15,22后,得到中项C(37,14)=1188。

例6:试分析K行主项沿3π/4方向“”斜上共衍生多少个递减项?并举例说明。

解:由定义可知:k当为偶数,k行主项在中央k/2列为M(k,k/2) 。设其共产生了x个递减项,如图-2左下方所示,最后一个递减项在k-xk/2-x列为

C(k-x,k/2-x),它应当满足定理五的要求:即有k/2-x=[(k-x)/3] 成立。可先化成不等式:k/2-x(k-x)/3,推出 3k/2-3xk-xk/22xk/4x,即x应取满足该式的最小自然数,因k为偶数,等价于x=[(k+2)/4];所以K行主项沿3π/4方向“”斜上一共衍生了[(k+2)/4]个递减项。

如在例5中,主项为(46,23)=d(23)=1255x=[(46+2)/4]=12,即k=46行主项共产生12个递减项,依次是125412531251124812431236122512101188115811161060

又如k=36行主项是M(36,18)=d(18)=385 。有x=[(36+2)/4]=9,,即主项M(36,18)向“”斜上依次衍生出9个递减项,它们依次是384383381378373366355340318

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