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中心三項式係數


n 箇中心三項式係數定義為 x^n(1+x+x^2)^n 的展開式中的係數。 因此,它是三項式三角形的中間列,即三項式係數 (n; 0)_2。 前幾個中心三項式係數為 n=1, 2, ... 是 1, 3, 7, 19, 51, 141, 393, ... (OEIS A002426)。

中心三項式係數也給出了 n 個符號的排列數,每個符號為 -1, 0 或 1,且總和為 0。例如,三個符號有七個這樣的排列: {-1,0,1}, {-1,1,0}, {0,-1,1}, {0,0,0}, 和 {0,1,-1}, {1,-1,0}, {1,0,-1}

生成函式由下式給出

f(x)=1/(sqrt((1+x)(1-3x)))
(1)
=1+x+3x^2+7x^3+....
(2)

中心三項式係數由遞推公式給出

 a_n=((2n-1)a_(n-1)+3(n-1)a_(n-2))/n
(3)

其中 a_0=a_1=1, 但不能表示為固定數量的超幾何項 (Petkovšek et al. 1996, p. 160)。

這些係數滿足同餘式

 (n+1; 0)_2=(n; 0)_2 (mod n)
(4)

(T. D. Noe,私人通訊,2005 年 3 月 15 日) 和

 (p; 0)_2=1 (mod p)
(5)

對於素數 p,這很容易使用費馬小定理證明 (T. D. Noe,私人通訊,2005 年 10 月 26 日)。

和由下式給出

(n; 0)_2=sum_(k=0)^(n)(n; 2k)(2k; k)
(6)
=sum_(k=0)^(n)(n!)/((k!)^2(n-2k)!)
(7)
=sum_(k=0)^(n)(-1)^k(n; j)(2n-2k; n-k).
(8)

閉合形式包括

(n; 0)_2=_2F_1(1/2(1-n),-1/2n;1;4)
(9)
=(-1)^nC_n^((-n))(1/2)
(10)
=i^n3^(n/2)P_n(-1/3sqrt(3)i)
(11)
=((-4)^nsqrt(pi)_2F^~_1(-n,-n;1/2-n;1/4))/(n!)
(12)
=(sqrt(pi)_2F^~_1(1/2,-n;1/2-n;-3))/(n!),
(13)

其中 C_n^((lambda))(x)Gegenbauer 多項式, P_n(x)Legendre 多項式, 並且 _2F^~_1(a,b;c;z)正則化超幾何函式

n=1, 2, ... 時,(n; 0)_2 的質因數(包括重數)的個數為 0, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 4, 2, 2, 3, 2, ... (OEIS A102445)。 當 n=2, 3 和 4 時,(n; 0)_2 為素數,對於 n<=203661 沒有其他素數 (E. W. Weisstein,2015 年 10 月 30 日)。 尚不清楚是否存在其他素數中心三項式。 此外,一個更普遍的未經證實的猜想表明,除了這三個中心三項式和所有形式為 (n; n-1)_2 的三項式之外,沒有素數三項式係數。

CentralTrinomialCoefficientReIm
CentralTrinomialCoefficientContours

上圖給出了中心三項式係數在複平面上的圖。

考慮 (x^2-x-1)^n 的展開式中 x^n 的係數,當 n=1, 2, ... 時,得到相應的序列 -1, -1, 5, -5, -11, 41, -29, -125, 365, -131, ... (OEIS A098331),閉合形式為

 b_n=i^nC_n^((-n))(-1/2i),
(14)

其中 C_n^((lambda))(x)Gegenbauer 多項式。 這些數字在 n=3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 26, 160, 3787, ... (OEIS A112874) 時為素數,對於 n<10^5 沒有其他素數 (E. W. Weisstein,2005 年 3 月 7 日)。


另請參閱

中心二項式係數, 中心斐波那契二項式係數, 三項式係數

使用 探索

參考資料

Comtet, L. 高階組合數學:有限與無限展開的藝術,修訂和擴充版。 多德雷赫特,荷蘭:Reidel,p. 163, 1974。Noe, T. D. "廣義中心三項式係數的可除性。" J. Integer Seq. 9, Article 06.2.7, 2006. http://www.cs.uwaterloo.ca/journals/JIS/VOL9/Noe/noe35.htmlPetkovšek, M.; Wilf, H. S.; 和 Zeilberger, D. A=B。 韋爾斯利,馬薩諸塞州:A K Peters, 1996. http://www.cis.upenn.edu/~wilf/AeqB.htmlSloane, N. J. A. 序列 A002426/M2673, A098331, A102445, 和 A112874 在“整數序列線上百科全書”中。

在 中被引用

中心三項式係數

引用為

Weisstein, Eric W. "中心三項式係數。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/CentralTrinomialCoefficient.html

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