■数とあそぶ(その14)

 「分割数」とは与えられた整数にどれだけ多くの分割があるのか(4=1+1+1+1,4=3+1)という整数の分割理論のことです.整数の分割では,3=2+1と3=1+2のように足し算の順序が違うものは同じと見なすことにします.

 たとえば,4を分割するには非増加数列で構成した5通りの方法,4=3+1=2+2=2+1+1=1+1+1+1がありますから,p(4)=5.同様にして,5=4+1=3+2=3+1+1=2+2+1=2+1+1+1=1+1+1+1+1よりp(5)=7となります.(分割を図形的に表す方法にヤング図形がある.ヤング図形は非増加な非負整数列を表現する印象的な方法である.)

 なお,分割数を求めるには,五角数を利用したオイラーの方法があります.

  p(n)-p(n-1)-p(n-2)+p(n-5)+p(n-7)-p(n-12)-p(n-15)+・・・=0^n

ただし,n=0のとき0^n=1,nが正のときは0^n=0とします.

  +(-1)^kp(n-1/2k(3k-1))+(-1)^kp(n-1/2k(3k+1))

のように,符号は2つずつ組になって反転しています.

 たとえば,n≦30に対して,p(n)の値ががすべてわかっていれば,p(31)は

  p(31)=p(30)+p(29)−p(26)−p(24)+p(19)+p(16)−p(9)−p(5)

で計算できます.再帰的に用いることで,p(n)値ががすべて計算できるのですが,それにしても不思議な公式です.

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[補]オイラーの五角数定理

 (1−x)(1−x^2)(1−x^3)・・・=1−x−x^2+x^5+x^7−x^12−x^15+・・・

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