■誕生日のパラドックス(その10)

 答えは帰路,車の運転中にわかった.それは第2種スターリング数と関係している.車の運転中に答えがでることは私にはよくあることだが,やはり職場では気が散るということなのだろう.

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 n人をkチームに分ける場合の数はk^n通り.このうち,チームにだれも属さない場合の数を除けばよい.

 それは包除原理より,

  kC1(k−1)^n−kC2(k−2)^n+・・・+(−1)^k-2kCk-11^n

これを後ろから足し合わせると

  Σ(1,k-1)(−1)^k-j-1kCk^jj^n=Σ(1,k-1)(−1)^k-j-1kCk^jj^n

 k^nからこれを引くと

  k^n−Σ(1,k-1)(−1)^k-j-1kCk^jj^n=Σ(1,k)(−1)^k-jkCjj^n

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 n個をk個の区別のあるコンパートメントに分ける場合の数は

  nTk=Σ(−1)^k-jkCjj^n

 これはすべてのコンパートメントに少なくとも1つは属するように分けるという意味です.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.

  nTk=k!・nSk

ですから

  k!・n+1Sk=n+1Tk

  k!・nSk-1=knTk-1

  k!・nSk=nTk

  n+1Tk=knTk-1+knTk

 nT1=1を出発点として

  nT2=2^n−2

  nT3=3^n−3・2^n+3

  nT4=4^n−4・3^n+6・2^n−4

  nT5=(5^n−5・4^n+10・3^n−10・2^n+5)

  nT6=(6^n−6・5^n+15・4^n−20・3^n+15・2^n−6)

  nTn=Σ(−1)^n-jnCjj^n={n!−・・3^nnC2・・2^nnC2・・nC1}

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