■置換多面体の空間充填性(その115)

【1】第2種スターリング数

 ここでは,n個の数字を3つのグループA,B,Cに分ける方法の総数で,ただし,各グループA,B,Cは少なくとも1つの数字を含むものとします.

 もっと一般に,1≦k≦nとし,n個の数字をk個のグループに分ける方法の総数で,ただし,各グループは少なくとも1つの数字を含むものの数をnSkとします.

 nSkは第2種スターリング数と呼ばれるもので,漸化式

  n+1Sk=nSk-1+knSk

が成り立ちます.

 nS1=1を出発点として

  nS2=2^n-1−1

  nS3=3^n-1/2−2^n-1+1/2

  nS4=4^n-1/6−3^n-1/2+2^n-2−1/6

一般項は

  nSk=1/k!Σ(−1)^k-jkCjj^n

となります.以下,

  nS5=(5^n−5・4^n+10・3^n−10・2^n+5)/5!

  nS6=(6^n−6・5^n+15・4^n−20・3^n+15・2^n−6)/6!

と続く.

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【2】第2種スターリング数(nS3の場合)

[1]A,B,Cへの割り付け全体  3^n

[2]Aを除いてB,Cに割り付ける  2^n

[3]Bを除いてA,Cに割り付ける  2^n

[4]Cを除いてA,Bに割り付ける  2^n

[5]Aだけに割り付ける  1

[6]Bだけに割り付ける  1

[7]Cだけに割り付ける  1

  (3^n−3・2^n+3)/3!=3^n-1/2−2^n-1+1/2

 包除原理を用いると,一般項は

  nSk=1/k!Σ(−1)^k-jkCjj^n

となることがわかります.

  nS2=2^n-1−1

  nS3=3^n-1/2−2^n-1+1/2

  nS4=4^n-1/6−3^n-1/2+2^n-2−1/6

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