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中心三项式系数


n 个中心三项式系数定义为 x^n(1+x+x^2)^n 的展开式中的系数。 因此,它是三项式三角形的中间列,即三项式系数 (n; 0)_2。 前几个中心三项式系数为 n=1, 2, ... 是 1, 3, 7, 19, 51, 141, 393, ... (OEIS A002426)。

中心三项式系数也给出了 n 个符号的排列数,每个符号为 -1, 0 或 1,且总和为 0。例如,三个符号有七个这样的排列: {-1,0,1}, {-1,1,0}, {0,-1,1}, {0,0,0}, 和 {0,1,-1}, {1,-1,0}, {1,0,-1}

生成函数由下式给出

f(x)=1/(sqrt((1+x)(1-3x)))
(1)
=1+x+3x^2+7x^3+....
(2)

中心三项式系数由递推公式给出

 a_n=((2n-1)a_(n-1)+3(n-1)a_(n-2))/n
(3)

其中 a_0=a_1=1, 但不能表示为固定数量的超几何项 (Petkovšek et al. 1996, p. 160)。

这些系数满足同余式

 (n+1; 0)_2=(n; 0)_2 (mod n)
(4)

(T. D. Noe,私人通讯,2005 年 3 月 15 日) 和

 (p; 0)_2=1 (mod p)
(5)

对于素数 p,这很容易使用费马小定理证明 (T. D. Noe,私人通讯,2005 年 10 月 26 日)。

和由下式给出

(n; 0)_2=sum_(k=0)^(n)(n; 2k)(2k; k)
(6)
=sum_(k=0)^(n)(n!)/((k!)^2(n-2k)!)
(7)
=sum_(k=0)^(n)(-1)^k(n; j)(2n-2k; n-k).
(8)

闭合形式包括

(n; 0)_2=_2F_1(1/2(1-n),-1/2n;1;4)
(9)
=(-1)^nC_n^((-n))(1/2)
(10)
=i^n3^(n/2)P_n(-1/3sqrt(3)i)
(11)
=((-4)^nsqrt(pi)_2F^~_1(-n,-n;1/2-n;1/4))/(n!)
(12)
=(sqrt(pi)_2F^~_1(1/2,-n;1/2-n;-3))/(n!),
(13)

其中 C_n^((lambda))(x)Gegenbauer 多项式, P_n(x)Legendre 多项式, 并且 _2F^~_1(a,b;c;z)正则化超几何函数

n=1, 2, ... 时,(n; 0)_2 的质因数(包括重数)的个数为 0, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 4, 2, 2, 3, 2, ... (OEIS A102445)。 当 n=2, 3 和 4 时,(n; 0)_2 为素数,对于 n<=203661 没有其他素数 (E. W. Weisstein,2015 年 10 月 30 日)。 尚不清楚是否存在其他素数中心三项式。 此外,一个更普遍的未经证实的猜想表明,除了这三个中心三项式和所有形式为 (n; n-1)_2 的三项式之外,没有素数三项式系数。

CentralTrinomialCoefficientReIm
CentralTrinomialCoefficientContours

上图给出了中心三项式系数在复平面上的图。

考虑 (x^2-x-1)^n 的展开式中 x^n 的系数,当 n=1, 2, ... 时,得到相应的序列 -1, -1, 5, -5, -11, 41, -29, -125, 365, -131, ... (OEIS A098331),闭合形式为

 b_n=i^nC_n^((-n))(-1/2i),
(14)

其中 C_n^((lambda))(x)Gegenbauer 多项式。 这些数字在 n=3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 26, 160, 3787, ... (OEIS A112874) 时为素数,对于 n<10^5 没有其他素数 (E. W. Weisstein,2005 年 3 月 7 日)。


另请参阅

中心二项式系数, 中心斐波那契二项式系数, 三项式系数

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参考资料

Comtet, L. 高级组合数学:有限与无限展开的艺术,修订和扩充版。 多德雷赫特,荷兰:Reidel,p. 163, 1974。Noe, T. D. "广义中心三项式系数的可除性。" J. Integer Seq. 9, Article 06.2.7, 2006. http://www.cs.uwaterloo.ca/journals/JIS/VOL9/Noe/noe35.htmlPetkovšek, M.; Wilf, H. S.; 和 Zeilberger, D. A=B。 韦尔斯利,马萨诸塞州:A K Peters, 1996. http://www.cis.upenn.edu/~wilf/AeqB.htmlSloane, N. J. A. 序列 A002426/M2673, A098331, A102445, 和 A112874 在“整数序列在线百科全书”中。

在 Wolfram|Alpha 中被引用

中心三项式系数

引用为

Weisstein, Eric W. "中心三项式系数。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/CentralTrinomialCoefficient.html

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