■シェフェ数とスターリング数(その3)

 2円または3円が交わったヴェン図を描いたことがあるだろう.2円の場合,共通部分がひとつできるが,3円の場合は2円の共通部分が3つ,3円の共通部分がひとつできる.

 中学・高校で4円以上が取り扱われることはまずないが,n円となっても原理は同じである.それは,共通部分に含まれるものを引いて,引き過ぎた分を足し直してということを繰り返す包除原理である.

 包除公式の例として,第2種スターリング数やデーン・サマービル関係式をあげることができる.

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【1】第2種スターリング数

 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とする.

 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

が成り立つ.

  nS1=1

  nS2=2^n-1−1=(2^n−2)/2!

  nS3=3^n-1/2−2^n-1+1/2=(3^n−3・2^n+3)/3!

  nS4=4^n-1/6−3^n-1/2+2^n-2−1/6=(4^n−4・3^n+6・2^n−4)/4!

 一般項は

  nSk=1/k!Σ(−1)^k-jkCjj^n

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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