■増加整数列(その7)
(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)の順列,たとえば,
{3,5,7,1,6,8,9,4,2}
を考える.同様に連続上昇部分の数列の長さを計算すると
L1={3,5,7,},L2={1,6,8,9},L3={4},L4={2}
|L1|=3,|L2|=4,|L3|=1,|L4|=1
|L1|=e−1=1.718281828
|L2|=e^2−2e=1.9524
|L3|=e^3−3e^2+3e/2=1.9957
|Ln|→2
はある多項式fn(x)のeにおける値fn(e)である.驚くことにこれは2に近づく.
この問題の出典は
D. Knuth, Tha art of computer programming, Reading, Mass. Addison Wesley, 1975
Sorting and Searching
にあった.
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結論を先にいうと,この問題はオイラー数<n,k>に関係している.
<n,k>=k<n−1,k>+(n−k+1)<n−1,k−1>
<n,0>+<n,1>+・・・+<n,n>=n!
<n,0>=0,<n,1>=1,<n,n>=1
<n,n−k+1>=<n,k>
<n,n−1>=2^n−n−1
二項係数を使うと
<n,k>=k^n−(k−1)^n(n+1,1)+(k−2)^n(n+1,2)−・・・+(−1)^k0^n(n+1,k)
=Σ(−1)^j(k−j)^n(n+1,j)
Lkは
Lk=<1,k>/1!+<2,k>/2!+・・・=Σ<m,k>/m!
その母関数は
L(z)=ΣLkz^k=z(1−z)/(exp(z−1)−z)−z
より,
Lk=kΣe^j・(−1)^k-jj^k-j-1/(k−j)!
より,
|L1|=e−1=1.71828182
|L2|=e^2−2e=1.95249
|L3|=e^3−3e^2+3e/2=1.99579
|Ln|→2
しかし,Lkは単調増加するのではなく
|L4|=2.0003
|L5|=2.0005
|L6|=2.0000
|L7|=1.9999
|L8|=1.9999
|L9|=1.9999
|L10|=2.0000
|L11|=2.0000
|L12|=1.9999
|L13|=1.9999
|L14|=1.9999
|L15|=2.0000
|L16|=2.0000
|L17|=2.0000
|L18|=2.0000
と振動しながら2に収束する.
そして,
L1+L2+・・・+Lk→2k−1/3
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