كثيرات حدود بيل

في الرياضيات التوافقية ، تُستخدم كثيرات حدود بيل ، التي سُميت تكريمًا لإريك تمبل بيل ، في دراسة تقسيمات المجموعات. وهي مرتبطة بأعداد ستيرلينغ وبيل . كما أنها تظهر في العديد من التطبيقات، مثل صيغة فا دي برونو وصيغة صريحة لعكس لاغرانج .

التعريفات

كثيرات حدود بيل الأسية

كثيرات حدود بيل الأسية الجزئية أو غير الكاملة هي مصفوفة مثلثية من كثيرات الحدود معطاة بواسطة

بن،ك(x1،x2،...،xن-ك+1)=ن!ج1!ج2!جن-ك+1!(x11!)ج1(x22!)ج2(xن-ك+1(ن-ك+1)!)جن-ك+1=ن!أنا=1ن-ك+1xأناجأنا(أنا!)جأناجأنا!،{\displaystyle {\begin{aligned}B_{n,k}(x_{1},x_{2},\dots ,x_{n-k+1})&=\sum {n! \over j_{1}!j_{2}!\cdots j_{n-k+1}!}\left({x_{1} \over 1!}\right)^{j_{1}}\left({x_{2} \over 2!}\right)^{j_{2}}\cdots \left({x_{n-k+1} \over (n-k+1)!}\right)^{j_{n-k+1}}\\&=n!\sum \prod _{i=1}^{n-k+1}{\frac {x_{i}^{j_{i}}}{(i!)^{j_{i}}j_{i}!}},\end{aligned}}}

حيث يتم حساب المجموع على جميع المتتاليات j 1 ، j 2 ، j 3 ، ... ، j nk +1 من الأعداد الصحيحة غير السالبة بحيث يتم استيفاء هذين الشرطين:

ج1+ج2++جن-ك+1=ك،{\displaystyle j_{1}+j_{2}+\cdots +j_{n-k+1}=k,}
ج1+2ج2+3ج3++(ن-ك+1)جن-ك+1=ن.{\displaystyle j_{1}+2j_{2}+3j_{3}+\cdots +(n-k+1)j_{n-k+1}=n.}

المجموع

بن(x1،...،xن)=ك=0نبن،ك(x1،x2،...،xن-ك+1)=ن!1ج1+2ج2+...=نأنا=1نxأناجأنا(أنا!)جأناجأنا!{\displaystyle {\begin{aligned}B_{n}(x_{1},\dots ,x_{n})&=\sum _{k=0}^{n}B_{n,k}(x_{1},x_{2},\dots ,x_{n-k+1})\\&=n!\sum _{1j_{1}+2j_{2}+\ldots =n}\prod _{i=1}^{n}{\frac {x_{i}^{j_{i}}}{(i!)^{j_{i}}j_{i}!}}\end{aligned}}}

يُطلق عليه اسم متعددة الحدود الأسية الكاملة من الرتبة n من نوع بيل .

كثيرات حدود بيل العادية

وبالمثل، تُعرَّف متعددة الحدود الجزئية العادية لبيل بواسطة

ب^ن،ك(x1،x2،...،xن-ك+1)=ك!ج1!ج2!جن-ك+1!x1ج1x2ج2xن-ك+1جن-ك+1،{\displaystyle {\hat {B}}_{n,k}(x_{1},x_{2},\ldots ,x_{n-k+1})=\sum {\frac {k!}{j_{1}!j_{2}!\cdots j_{n-k+1}!}}x_{1}^{j_{1}}x_{2}^{j_{2}}\cdots x_{n-k+1}^{j_{n-k+1}},}

حيث يمتد المجموع على جميع المتتاليات j 1 ، j 2 ، j 3 ، ... ، j nk +1 من الأعداد الصحيحة غير السالبة بحيث

ج1+ج2++جن-ك+1=ك،{\displaystyle j_{1}+j_{2}+\cdots +j_{n-k+1}=k,}
ج1+2ج2++(ن-ك+1)جن-ك+1=ن.{\displaystyle j_{1}+2j_{2}+\cdots +(n-k+1)j_{n-k+1}=n.}

بفضل الشرط الأول المتعلق بالمؤشرات، يمكننا إعادة كتابة الصيغة على النحو التالي:

ب^ن،ك(x1،x2،...،xن-ك+1)=(كج1،ج2،...،جن-ك+1)x1ج1x2ج2xن-ك+1جن-ك+1،{\displaystyle {\hat {B}}_{n,k}(x_{1},x_{2},\ldots ,x_{n-k+1})=\sum {\binom {k}{j_{1},j_{2},\ldots ,j_{n-k+1}}}x_{1}^{j_{1}}x_{2}^{j_{2}}\cdots x_{n-k+1}^{j_{n-k+1}},}

حيث استخدمنا معامل متعدد الحدود .

يمكن التعبير عن كثيرات حدود بيل العادية بدلالة كثيرات حدود بيل الأسية:

ب^ن،ك(x1،x2،...،xن-ك+1)=ك!ن!بن،ك(1!x1،2!x2،...،(ن-ك+1)!xن-ك+1).{\displaystyle {\hat {B}}_{n,k}(x_{1},x_{2},\ldots ,x_{n-k+1})={\frac {k!}{n!}}B_{n,k}(1!\cdot x_{1},2!\cdot x_{2},\ldots ,(n-k+1)!\cdot x_{n-k+1}).}

بشكل عام، تشير متعددة حدود بيل إلى متعددة حدود بيل الأسية، ما لم يُنص صراحة على خلاف ذلك.

المعنى التوافقي

تُشفّر دالة بيل الأسية المعلومات المتعلقة بطرق تقسيم مجموعة ما. على سبيل المثال، إذا نظرنا إلى مجموعة {A, B, C}، فيمكن تقسيمها إلى مجموعتين فرعيتين غير فارغتين وغير متداخلتين، واللتين تُعرفان أيضًا بالأجزاء أو الكتل، بثلاث طرق مختلفة:

{{أ}، {ب، ج}}
{{ب}، {أ، ج}}
{{C}, {B, A}}

وبالتالي، يمكننا ترميز المعلومات المتعلقة بهذه الأقسام على النحو التالي:

ب3،2(x1،x2)=3x1x2.{\displaystyle B_{3,2}(x_{1},x_{2})=3x_{1}x_{2}.}

هنا، تشير الرموز السفلية لـ B 3,2 إلى أننا بصدد تقسيم مجموعة من 3 عناصر إلى كتلتين. يشير الرمز السفلي لكل x i إلى وجود كتلة تحتوي على i عنصرًا (أو كتلة بحجم i ) في التقسيم المُعطى. لذا، يشير x 2 إلى وجود كتلة تحتوي على عنصرين. وبالمثل، يشير x 1 إلى وجود كتلة تحتوي على عنصر واحد. يشير أس x i j إلى وجود j كتلة من هذا النوع بحجم i في التقسيم الواحد. هنا، حقيقة أن كلًا من x 1 و x 2 لهما أس 1 تشير إلى وجود كتلة واحدة فقط من هذا النوع في التقسيم المُعطى. يشير معامل الحد الأحادي إلى عدد هذه التقسيمات. هنا، توجد 3 تقسيمات لمجموعة من 3 عناصر إلى كتلتين، حيث تُقسّم العناصر في كل تقسيم إلى كتلتين بحجم 1 و 2.

بما أن أي مجموعة يمكن تقسيمها إلى كتلة واحدة بطريقة واحدة فقط، فإن التفسير أعلاه يعني أن B <sub>n ,1</sub> = x<sub> n</sub> . وبالمثل، بما أنه لا توجد إلا طريقة واحدة لتقسيم مجموعة تحتوي على n عنصرًا إلى n عنصرًا منفردًا، فإن B<sub> n , n</sub> = x <sub>1, n</sub> .

كمثال أكثر تعقيدًا، انظر

ب6،2(x1،x2،x3،x4،x5)=6x5x1+15x4x2+10x32.{\displaystyle B_{6,2}(x_{1},x_{2},x_{3},x_{4},x_{5})=6x_{5}x_{1}+15x_{4}x_{2}+10x_{3}^{2}.}

هذا يخبرنا أنه إذا تم تقسيم مجموعة مكونة من 6 عناصر إلى كتلتين، فيمكننا الحصول على 6 أقسام بكتل حجمها 1 و 5، و 15 قسمًا بكتل حجمها 4 و 2، و 10 أقسام بكتلتين حجم كل منهما 3.

مجموع المؤشرات السفلية في الحد الأحادي يساوي العدد الإجمالي للعناصر. وبالتالي، فإن عدد الحدود الأحادية التي تظهر في متعددة حدود بيل الجزئية يساوي عدد الطرق التي يمكن بها التعبير عن العدد الصحيح n كمجموع k من الأعداد الصحيحة الموجبة. وهذا يُطابق تقسيم n إلى k أجزاء. على سبيل المثال، في الأمثلة السابقة، يمكن تقسيم العدد الصحيح 3 إلى جزأين فقط هما 2 + 1. لذا، يوجد حد أحادي واحد فقط في B 3,2 . أما العدد الصحيح 6، فيمكن تقسيمه إلى جزأين هما 5 + 1، و4 + 2، و3 + 3. لذا، يوجد ثلاثة حدود أحادية في B 6,2 . في الواقع، مؤشرات المتغيرات في الحد الأحادي هي نفسها تلك التي يُحددها تقسيم الأعداد الصحيحة، مما يدل على أحجام الأجزاء المختلفة. وبالتالي فإن العدد الإجمالي للحدود الأحادية التي تظهر في كثير الحدود الكامل لـ Bell B n يساوي العدد الإجمالي للتقسيمات الصحيحة لـ n . 

كذلك ، فإن درجة كل حدٍّ أحادي، وهي مجموع أسس كل متغير في الحدّ الأحادي، تساوي عدد الكتل التي تُقسَّم إليها المجموعة. أي أن j₁ + j₂ + ... = k . وبالتالي ، إذا كانت لدينا متعددة حدود بيل كاملة Bₙ ، فيمكننا فصل متعددة حدود بيل الجزئية Bₙ ,k بجمع جميع الحدود الأحادية من الدرجة k .

أخيرًا، إذا تجاهلنا أحجام الكتل ووضعنا جميع قيم xᵢ = xᵢ ، فإن مجموع معاملات متعددة حدود بيل الجزئية Bₙ , يُعطي العدد الإجمالي للطرق التي يمكن بها تقسيم مجموعة تحتوي على n عنصرًا إلى k كتلة، وهو ما يُعادل أعداد ستيرلينغ من النوع الثاني . كذلك، فإن مجموع جميع معاملات متعددة حدود بيل الكاملة Bₙ يُعطينا العدد الإجمالي للطرق التي يمكن بها تقسيم مجموعة تحتوي على n عنصرًا إلى مجموعات جزئية غير متداخلة، وهو ما يُعادل عدد بيل.

بشكل عام، إذا تم تقسيم العدد الصحيح n إلى مجموع يظهر فيه "1" j مرة واحدة ، ويظهر "2" j مرتين ، وهكذا، فإن عدد تقسيمات مجموعة بحجم n التي تنهار إلى ذلك التقسيم للعدد الصحيح n عندما تصبح عناصر المجموعة غير قابلة للتمييز هو المعامل المقابل في كثير الحدود.

أمثلة

على سبيل المثال، لدينا

ب6،2(x1،x2،x3،x4،x5)=6x5x1+15x4x2+10x32{\displaystyle B_{6,2}(x_{1},x_{2},x_{3},x_{4},x_{5})=6x_{5}x_{1}+15x_{4}x_{2}+10x_{3}^{2}}

لأن طرق تقسيم مجموعة من 6 عناصر إلى كتلتين هي

ست طرق لتقسيم مجموعة من 6 عناصر إلى 5  +  
15 طريقة لتقسيم مجموعة من 6 عناصر إلى 4  +  2، و
10 طرق لتقسيم مجموعة من 6 عناصر إلى 3  +  3.

بصورة مماثلة،

ب6،3(x1،x2،x3،x4)=15x4x12+60x3x2x1+15x23{\displaystyle B_{6,3}(x_{1},x_{2},x_{3},x_{4})=15x_{4}x_{1}^{2}+60x_{3}x_{2}x_{1}+15x_{2}^{3}}

لأن طرق تقسيم مجموعة من 6 عناصر إلى 3 كتل هي

15 طريقة لتقسيم مجموعة من 6 عناصر إلى 4  +  1  +  
60 طريقة لتقسيم مجموعة من 6 عناصر إلى 3  +  2  +  1، و
15 طريقة لتقسيم مجموعة من 6 عناصر إلى 2  +  2  +  2.

جدول القيم

فيما يلي مصفوفة مثلثية لكثيرات حدود بيل غير الكاملةبن،ك(x1،x2،...،xن-ك+1){\displaystyle B_{n,k}(x_{1},x_{2},\dots ,x_{n-k+1})}:

ك
ن
0123456
01{\displaystyle 1}
10{\displaystyle 0}x1{\displaystyle x_{1}}
20{\displaystyle 0}x2{\displaystyle x_{2}}x12{\displaystyle x_{1}^{2}}
30{\displaystyle 0}x3{\displaystyle x_{3}}3x1x2{\displaystyle 3x_{1}x_{2}}x13{\displaystyle x_{1}^{3}}
40{\displaystyle 0}x4{\displaystyle x_{4}}3x22+4x1x3{\displaystyle 3x_{2}^{2}+4x_{1}x_{3}}6x12x2{\displaystyle 6x_{1}^{2}x_{2}}x14{\displaystyle x_{1}^{4}}
50{\displaystyle 0}x5{\displaystyle x_{5}}10x2x3+5x1x4{\displaystyle 10x_{2}x_{3}+5x_{1}x_{4}}15x1x22+10x12x3{\displaystyle 15x_{1}x_{2}^{2}+10x_{1}^{2}x_{3}}10x13x2{\displaystyle 10x_{1}^{3}x_{2}}x15{\displaystyle x_{1}^{5}}
60{\displaystyle 0}x6{\displaystyle x_{6}}10x32+15x2x4+6x1x5{\displaystyle 10x_{3}^{2}+15x_{2}x_{4}+6x_{1}x_{5}}15x23+60x1x2x3+15x12x4{\displaystyle 15x_{2}^{3}+60x_{1}x_{2}x_{3}+15x_{1}^{2}x_{4}}45x12x22+20x13x3{\displaystyle 45x_{1}^{2}x_{2}^{2}+20x_{1}^{3}x_{3}}15x14x2{\displaystyle 15x_{1}^{4}x_{2}}x16{\displaystyle x_{1}^{6}}

ملكيات

الدوال المولدة

تحتوي كثيرات الحدود الجزئية الأسية من نوع بيل على دالة توليد ثنائية المتغيرات التالية :

Φ(ت،u)=خبرة(uج=1xجتجج!)=نك0بن،ك(x1،...،xن-ك+1)تنن!uك=ن=0تنن!ك=0نuكبن،ك(x1،...،xن-ك+1).{\displaystyle {\begin{aligned}\Phi (t,u)&=\exp \left(u\sum _{j=1}^{\infty }x_{j}{\frac {t^{j}}{j!}}\right)=\sum _{n\geq k\geq 0}B_{n,k}(x_{1},\ldots ,x_{n-k+1}){\frac {t^{n}}{n!}}u^{k}\\&=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {t^{n}}{n!}}\sum _{k=0}^{n}u^{k}B_{n,k}(x_{1},\ldots ,x_{n-k+1}).\end{aligned}}}

وبعبارة أخرى، بنفس المقدار، عن طريق توسيع المتسلسلة للقوة k :

1ك!(ج=1xجتجج!)ك=ن=كبن،ك(x1،...،xن-ك+1)تنن!،ك=0،1،2،...{\displaystyle {\frac {1}{k!}}\left(\sum _{j=1}^{\infty }x_{j}{\frac {t^{j}}{j!}}\right)^{k}=\sum _{n=k}^{\infty }B_{n,k}(x_{1},\ldots ,x_{n-k+1}){\frac {t^{n}}{n!}},\qquad k=0,1,2,\ldots }

الدالة المولدة لكثير الحدود الأسي بيل معطاةΦ(ت،1){\displaystyle \Phi (t,1)}منذ

Φ(ت،1)=خبرة(ج=1xجتجج!)=ن=0بن(x1،...،xن)تنن!.{\displaystyle \Phi (t,1)=\exp \left(\sum _{j=1}^{\infty }x_{j}{\frac {t^{j}}{j!}}\right)=\sum _{n=0}^{\infty }B_{n}(x_{1},\ldots ,x_{n}){\frac {t^{n}}{n!}}.}

وبالمثل، فإن الدالة المولدة لكثير الحدود الجزئي العادي لبيل هي

Φ^(ت،u)=خبرة(uج=1xجتج)=نك0ب^ن،ك(x1،...،xن-ك+1)تنuكك!.{\displaystyle {\hat {\Phi }}(t,u)=\exp \left(u\sum _{j=1}^{\infty }x_{j}t^{j}\right)=\sum _{n\geq k\geq 0}{\hat {B}}_{n,k}(x_{1},\ldots ,x_{n-k+1})t^{n}{\frac {u^{k}}{k!}}.}

على وجه الخصوص، من خلال أخذ معاملuك{\displaystyle u^{k}}لدينا:

(ج=1xجتج)ك=ن=كب^ن،ك(x1،...،xن-ك+1)تن.{\displaystyle \left(\sum _{j=1}^{\infty }x_{j}t^{j}\right)^{k}=\sum _{n=k}^{\infty }{\hat {B}}_{n,k}(x_{1},\ldots ,x_{n-k+1})t^{n}.}

انظر أيضًا تحويلات الدوال المولدة لكثيرات حدود بيل ، وتوسعات الدوال المولدة لتركيبات الدوال المولدة للمتتاليات، وقوى ، ولوغاريتمات ، وأسس الدوال المولدة للمتتاليات. كل صيغة من هذه الصيغ مذكورة في الأقسام ذات الصلة من كتاب Comtet. [ 1 ]

العلاقات التكرارية

تحقق كثيرات حدود بيل الكاملة علاقة تكرارية :

بن+1(x1،...،xن+1)=أنا=0ن(نأنا)بن-أنا(x1،...،xن-أنا)xأنا+1{\displaystyle B_{n+1}(x_{1},\ldots ,x_{n+1})=\sum _{i=0}^{n}{n \choose i}B_{n-i}(x_{1},\ldots ,x_{n-i})x_{i+1}}

بالقيمة الأوليةب0=1{\displaystyle B_{0}=1}.

يمكن أيضًا حساب كثيرات حدود بيل الجزئية بكفاءة عن طريق علاقة تكرارية:

بن+1،ك+1(x1،...،xن-ك+1)=أنا=0ن-ك(نأنا)xأنا+1بن-أنا،ك(x1،...،xن-ك-أنا+1){\displaystyle B_{n+1,k+1}(x_{1},\ldots ,x_{n-k+1})=\sum _{i=0}^{n-k}{\binom {n}{i}}x_{i+1}B_{n-i,k}(x_{1},\ldots ,x_{n-k-i+1})}

أين

ب0،0=1؛{\displaystyle B_{0,0}=1;}
بن،0=0 ل ن1؛{\displaystyle B_{n,0}=0{\text{ for }}n\geq 1;}
ب0،ك=0 ل ك1.{\displaystyle B_{0,k}=0{\text{ for }}k\geq 1.}

بالإضافة إلى ذلك: [ 2 ]

بن،ك1+ك2(x1،...،xن-ك1-ك2+1)=ك1!ك2!(ك1+ك2)!أنا=0ن(نأنا)بأنا،ك1(x1،...،xأنا-ك1+1)بن-أنا،ك2(x1،...،xن-أنا-ك2+1).{\displaystyle B_{n,k_{1}+k_{2}}(x_{1},\ldots ,x_{n-k_{1}-k_{2}+1})={\frac {k_{1}!\,k_{2}!}{(k_{1}+k_{2})!}}\sum _{i=0}^{n}{\binom {n}{i}}B_{i,k_{1}}(x_{1},\ldots ,x_{i-k_{1}+1})B_{n-i,k_{2}}(x_{1},\ldots ,x_{n-i-k_{2}+1}).}

متى1أ<ن{\displaystyle 1\leq a<n}،

بن،ن-أ(x1،...،xأ+1)=ج=أ+12أج!أ!(نج)x1ن-جبأ،ج-أ(x22،x33،...،x2(أ+1)-ج2(أ+1)-ج).{\displaystyle B_{n,n-a}(x_{1},\ldots ,x_{a+1})=\sum _{j=a+1}^{2a}{\frac {j!}{a!}}{\binom {n}{j}}x_{1}^{n-j}B_{a,j-a}{\Bigl (}{\frac {x_{2}}{2}},{\frac {x_{3}}{3}},\ldots ,{\frac {x_{2(a+1)-j}}{2(a+1)-j}}{\Bigr )}.}

تحقق كثيرات حدود بيل الكاملة أيضًا صيغة التفاضل التكراري التالية: [ 3 ]

بن(x1،...،xن)=1ن-1[أنا=2نج=1أنا-1(أنا-1)(أنا-2ج-1)xجxأنا-جبن-1(x1،...،xن-1)xأنا-1+أنا=2نج=1أنا-1xأنا+1(أناج)2بن-1(x1،...،xن-1)xجxأنا-ج+أنا=2نxأنابن-1(x1،...،xن-1)xأنا-1].{\displaystyle {\begin{aligned}B_{n}(x_{1},\ldots ,x_{n})={\frac {1}{n-1}}\left[\sum _{i=2}^{n}\right.&\sum _{j=1}^{i-1}(i-1){\binom {i-2}{j-1}}x_{j}x_{i-j}{\frac {\partial B_{n-1}(x_{1},\dots ,x_{n-1})}{\partial x_{i-1}}}\\[5pt]&\left.{}+\sum _{i=2}^{n}\sum _{j=1}^{i-1}{\frac {x_{i+1}}{\binom {i}{j}}}{\frac {\partial ^{2}B_{n-1}(x_{1},\dots ,x_{n-1})}{\partial x_{j}\partial x_{i-j}}}\right.\\[5pt]&\left.{}+\sum _{i=2}^{n}x_{i}{\frac {\partial B_{n-1}(x_{1},\dots ,x_{n-1})}{\partial x_{i-1}}}\right].\end{aligned}}}

المشتقات

يتم إعطاء المشتقات الجزئية لكثيرات حدود بيل الكاملة بواسطة [ 4 ]

بنxأنا(x1،...،xن)=(نأنا)بن-أنا(x1،...،xن-أنا).{\displaystyle {\frac {\partial B_{n}}{\partial x_{i}}}(x_{1},\ldots ,x_{n})={\binom {n}{i}}B_{n-i}(x_{1},\ldots ,x_{n-i}).}

وبالمثل، تُعطى المشتقات الجزئية لكثيرات حدود بيل الجزئية بالصيغة التالية:

بن،كxأنا(x1،...،xن-ك+1)=(نأنا)بن-أنا،ك-1(x1،...،xن-أنا-ك+2).{\displaystyle {\frac {\partial B_{n,k}}{\partial x_{i}}}(x_{1},\ldots ,x_{n-k+1})={\binom {n}{i}}B_{n-i,k-1}(x_{1},\ldots ,x_{n-i-k+2}).}

إذا كانت وسائط كثيرات حدود بيل دوالًا أحادية البعد، فيمكن استخدام قاعدة السلسلة للحصول على

ددx(بن،ك(أ1(x)،،أن-ك+1(x)))=أنا=1ن-ك+1(نأنا)أأنا(x)بن-أنا،ك-1(أ1(x)،،أن-أنا-ك+2(x)).{\displaystyle {\frac {d}{dx}}\left(B_{n,k}(a_{1}(x),\cdots ,a_{n-k+1}(x))\right)=\sum _{i=1}^{n-k+1}{\binom {n}{i}}a_{i}'(x)B_{n-i,k-1}(a_{1}(x),\cdots ,a_{n-i-k+2}(x)).}

أرقام ستيرلينغ وأرقام بيل

قيمة متعددة حدود بيل B n , k ( x 1 , x 2 ,...) على متتالية المضروب تساوي عددًا غير موقّع من نوع ستيرلينغ الأول :

بن،ك(0!،1!،...،(ن-ك)!)=ج(ن،ك)=|s(ن،ك)|=[نك].{\displaystyle B_{n,k}(0!,1!,\dots ,(n-k)!)=c(n,k)=|s(n,k)|=\left[{n \atop k}\right].}

مجموع هذه القيم يعطي قيمة متعددة حدود بيل الكاملة على متتالية المضروب:

بن(0!،1!،...،(ن-1)!)=ك=1نبن،ك(0!،1!،...،(ن-ك)!)=ك=1ن[نك]=ن!.{\displaystyle B_{n}(0!,1!,\dots ,(n-1)!)=\sum _{k=1}^{n}B_{n,k}(0!,1!,\dots ,(n-k)!)=\sum _{k=1}^{n}\left[{n \atop k}\right]=n!.}

قيمة متعددة حدود بيل B n , k ( x 1 , x 2 ,...) على سلسلة الواحدات تساوي عدد ستيرلينغ من النوع الثاني :

بن،ك(1،1،...،1)=S(ن،ك)={نك}.{\displaystyle B_{n,k}(1,1,\dots ,1)=S(n,k)=\left\{{n \atop k}\right\}.}

مجموع هذه القيم يعطي قيمة متعددة حدود بيل الكاملة على سلسلة الآحاد:

بن(1،1،...،1)=ك=1نبن،ك(1،1،...،1)=ك=1ن{نك}،{\displaystyle B_{n}(1,1,\dots ,1)=\sum _{k=1}^{n}B_{n,k}(1,1,\dots ,1)=\sum _{k=1}^{n}\left\{{n \atop k}\right\},}

وهو رقم الجرس رقم ن .

بن،ك(1!،2!،...،(ن-ك+1)!)=(ن-1ك-1)ن!ك!=ل(ن،ك){\displaystyle B_{n,k}(1!,2!,\ldots ,(n-k+1)!)={\binom {n-1}{k-1}}{\frac {n!}{k!}}=L(n,k)}

مما يعطي رقم لاه .

كثيرات حدود توشارد

متعددة حدود توشاردتين(x)=ك=0ن{نك}xك{\displaystyle T_{n}(x)=\sum _{k=0}^{n}\left\{{n \atop k}\right\}\cdot x^{k}}يمكن التعبير عنها كقيمة لكثير الحدود الكامل لـ Bell على جميع الوسائط x :

تين(x)=بن(x،x،...،x).{\displaystyle T_{n}(x)=B_{n}(x,x,\dots ,x).}

العلاقات العكسية

إذا عرّفنا

yن=ك=1نبن،ك(x1،...،xن-ك+1)،{\displaystyle y_{n}=\sum _{k=1}^{n}B_{n,k}(x_{1},\ldots ,x_{n-k+1}),}

ثم لدينا العلاقة العكسية

xن=ك=1ن(-1)ك-1(ك-1)!بن،ك(y1،...،yن-ك+1).{\displaystyle x_{n}=\sum _{k=1}^{n}(-1)^{k-1}(k-1)!B_{n,k}(y_{1},\ldots ,y_{n-k+1}).}

وبشكل أعم، [ 5 ] [ 6 ] بالنظر إلى دالة معينةو{\displaystyle f}قبول معكوسز=و-1{\displaystyle g=f^{-1}}،

yن=ك=0نو(ك)(أ)بن،ك(x1،...،xن-ك+1)xن=ك=0نز(ك)(و(أ))بن،ك(y1،...،yن-ك+1).{\displaystyle y_{n}=\sum _{k=0}^{n}f^{(k)}(a)\,B_{n,k}(x_{1},\ldots ,x_{n-k+1})\quad \Leftrightarrow \quad x_{n}=\sum _{k=0}^{n}g^{(k)}{\big (}f(a){\big )}\,B_{n,k}(y_{1},\ldots ,y_{n-k+1}).}

صيغ المحددات

يمكن التعبير عن متعددة حدود بيل الكاملة على شكل محددات :

بن(x1،...،xن)=المحقق[x1(ن-11)x2(ن-12)x3(ن-13)x4xن-1x1(ن-21)x2(ن-22)x3xن-10-1x1(ن-31)x2xن-200-1x1xن-3000-1xن-40000-1x1]{\displaystyle B_{n}(x_{1},\dots ,x_{n})=\det {\begin{bmatrix}x_{1}&{n-1 \choose 1}x_{2}&{n-1 \choose 2}x_{3}&{n-1 \choose 3}x_{4}&\cdots &\cdots &x_{n}\\\\-1&x_{1}&{n-2 \choose 1}x_{2}&{n-2 \choose 2}x_{3}&\cdots &\cdots &x_{n-1}\\\\0&-1&x_{1}&{n-3 \choose 1}x_{2}&\cdots &\cdots &x_{n-2}\\\\0&0&-1&x_{1}&\cdots &\cdots &x_{n-3}\\\\0&0&0&-1&\cdots &\cdots &x_{n-4}\\\\\vdots &\vdots &\vdots &\vdots &\ddots &\ddots &\vdots \\\\0&0&0&0&\cdots &-1&x_{1}\end{bmatrix}}}

و

بن(x1،...،xن)=المحقق[x10!x21!x32!x43!xن(ن-1)!-1x10!x21!x32!xن-1(ن-2)!0-2x10!x21!xن-2(ن-3)!00-3x10!xن-3(ن-4)!000-4xن-4(ن-5)!0000-(ن-1)x10!].{\displaystyle B_{n}(x_{1},\dots ,x_{n})=\det {\begin{bmatrix}{\frac {x_{1}}{0!}}&{\frac {x_{2}}{1!}}&{\frac {x_{3}}{2!}}&{\frac {x_{4}}{3!}}&\cdots &\cdots &{\frac {x_{n}}{(n-1)!}}\\\\-1&{\frac {x_{1}}{0!}}&{\frac {x_{2}}{1!}}&{\frac {x_{3}}{2!}}&\cdots &\cdots &{\frac {x_{n-1}}{(n-2)!}}\\\\0&-2&{\frac {x_{1}}{0!}}&{\frac {x_{2}}{1!}}&\cdots &\cdots &{\frac {x_{n-2}}{(n-3)!}}\\\\0&0&-3&{\frac {x_{1}}{0!}}&\cdots &\cdots &{\frac {x_{n-3}}{(n-4)!}}\\\\0&0&0&-4&\cdots &\cdots &{\frac {x_{n-4}}{(n-5)!}}\\\\\vdots &\vdots &\vdots &\vdots &\ddots &\ddots &\vdots \\\\0&0&0&0&\cdots &-(n-1)&{\frac {x_{1}}{0!}}\end{bmatrix}}.}

هوية الالتفاف

بالنسبة للمتتاليات x n , y n ، حيث n = 1, 2, ...، عرّف عملية الالتفاف كما يلي:

(xy)ن=ج=1ن-1(نج)xجyن-ج.{\displaystyle (x{\mathbin {\diamondsuit }}y)_{n}=\sum _{j=1}^{n-1}{n \choose j}x_{j}y_{n-j}.}

حدود الجمع هي 1 و n  1، وليست 0 و n .

يتركxنك{\displaystyle x_{n}^{k\diamondsuit }\,}ليكن الحد النوني للمتتالية

xxك عوامل.{\displaystyle \displaystyle \underbrace {x{\mathbin {\diamondsuit }}\cdots {\mathbin {\diamondsuit }}x} _{k{\text{ factors}}}.\,}

ثم [ 2 ]

بن،ك(x1،...،xن-ك+1)=xنكك!.{\displaystyle B_{n,k}(x_{1},\dots ,x_{n-k+1})={x_{n}^{k\diamondsuit } \over k!}.\,}

على سبيل المثال، لنحسبب4،3(x1،x2){\displaystyle B_{4,3}(x_{1},x_{2})}لدينا

x=(x1 ، x2 ، x3 ، x4 ،...){\displaystyle x=(x_{1}\ ,\ x_{2}\ ,\ x_{3}\ ,\ x_{4}\ ,\dots )}
xx=(0، 2x12 ، 6x1x2 ، 8x1x3+6x22 ،...){\displaystyle x{\mathbin {\diamondsuit }}x=(0,\ 2x_{1}^{2}\ ,\ 6x_{1}x_{2}\ ,\ 8x_{1}x_{3}+6x_{2}^{2}\ ,\dots )}
xxx=(0 ، 0 ، 6x13 ، 36x12x2 ،...){\displaystyle x{\mathbin {\diamondsuit }}x{\mathbin {\diamondsuit }}x=(0\ ,\ 0\ ,\ 6x_{1}^{3}\ ,\ 36x_{1}^{2}x_{2}\ ,\dots )}

وبالتالي،

ب4،3(x1،x2)=(xxx)43!=6x12x2.{\displaystyle B_{4,3}(x_{1},x_{2})={\frac {(x{\mathbin {\diamondsuit }}x{\mathbin {\diamondsuit }}x)_{4}}{3!}}=6x_{1}^{2}x_{2}.}

هويات أخرى

  • بن،ك(1،2،3،...،ن-ك+1)=(نك)كن-ك{\displaystyle B_{n,k}(1,2,3,\ldots ,n-k+1)={\binom {n}{k}}k^{n-k}}مما يعطي العدد المتطابق .
  • بن،ك(αβx1،αβ2x2،...،αβن-ك+1xن-ك+1)=αكβنبن،ك(x1،x2،...،xن-ك+1){\displaystyle B_{n,k}(\alpha \beta x_{1},\alpha \beta ^{2}x_{2},\ldots ,\alpha \beta ^{n-k+1}x_{n-k+1})=\alpha ^{k}\beta ^{n}B_{n,k}(x_{1},x_{2},\ldots ,x_{n-k+1})}.
  • تحقق كثيرات حدود بيل الكاملة علاقة النوع ذات الحدين:
    بن(x1+y1،...،xن+yن)=أنا=0ن(نأنا)بن-أنا(x1،...،xن-أنا)بأنا(y1،...،yأنا)،{\displaystyle B_{n}(x_{1}+y_{1},\ldots ,x_{n}+y_{n})=\sum _{i=0}^{n}{n \choose i}B_{n-i}(x_{1},\ldots ,x_{n-i})B_{i}(y_{1},\ldots ,y_{i}),}
    بن،ك(xq+1(q+1q)،xq+2(q+2q)،...)=ن!(q!)ك(ن+qك)!بن+qك،ك(...،0،0،xq+1،xq+2،...).{\displaystyle B_{n,k}{\Bigl (}{\frac {x_{q+1}}{\binom {q+1}{q}}},{\frac {x_{q+2}}{\binom {q+2}{q}}},\ldots {\Bigr )}={\frac {n!(q!)^{k}}{(n+qk)!}}B_{n+qk,k}(\ldots ,0,0,x_{q+1},x_{q+2},\ldots ).}
هذا يصحح إغفال العامل(q!)ك{\displaystyle (q!)^{k}}في كتاب كومتيت. [ 7 ]

  • حالات خاصة من كثيرات حدود بيل الجزئية:
بن،1(x1،...،xن)=xنبن،2(x1،...،xن-1)=12ك=1ن-1(نك)xكxن-كبن،ن(x1)=x1نبن،ن-1(x1،x2)=(ن2)x1ن-2x2بن،ن-2(x1،x2،x3)=(ن3)x1ن-3x3+3(ن4)x1ن-4x22بن،ن-3(x1،x2،x3،x4)=(ن4)x1ن-4x4+10(ن5)x1ن-5x2x3+15(ن6)x1ن-6x23بن،ن-4(x1،x2،x3،x4،x5)=(ن5)x1ن-5x5+5(ن6)x1ن-6(3x2x4+2x32)+105(ن7)x1ن-7x22x3+105(ن8)x1ن-8x24.{\displaystyle {\begin{aligned}B_{n,1}(x_{1},\ldots ,x_{n})={}&x_{n}\\B_{n,2}(x_{1},\ldots ,x_{n-1})={}&{\frac {1}{2}}\sum _{k=1}^{n-1}{\binom {n}{k}}x_{k}x_{n-k}\\B_{n,n}(x_{1})={}&x_{1}^{n}\\B_{n,n-1}(x_{1},x_{2})={}&{\binom {n}{2}}x_{1}^{n-2}x_{2}\\B_{n,n-2}(x_{1},x_{2},x_{3})={}&{\binom {n}{3}}x_{1}^{n-3}x_{3}+3{\binom {n}{4}}x_{1}^{n-4}x_{2}^{2}\\B_{n,n-3}(x_{1},x_{2},x_{3},x_{4})={}&{\binom {n}{4}}x_{1}^{n-4}x_{4}+10{\binom {n}{5}}x_{1}^{n-5}x_{2}x_{3}+15{\binom {n}{6}}x_{1}^{n-6}x_{2}^{3}\\B_{n,n-4}(x_{1},x_{2},x_{3},x_{4},x_{5})={}&{\binom {n}{5}}x_{1}^{n-5}x_{5}+5{\binom {n}{6}}x_{1}^{n-6}(3x_{2}x_{4}+2x_{3}^{2})+105{\binom {n}{7}}x_{1}^{n-7}x_{2}^{2}x_{3}\\&+105{\binom {n}{8}}x_{1}^{n-8}x_{2}^{4}.\end{aligned}}}

أمثلة

أولى كثيرات حدود بيل الكاملة هي:

ب0=1،ب1(x1)=x1،ب2(x1،x2)=x12+x2،ب3(x1،x2،x3)=x13+3x1x2+x3،ب4(x1،x2،x3،x4)=x14+6x12x2+4x1x3+3x22+x4،ب5(x1،x2،x3،x4،x5)=x15+10x2x13+15x22x1+10x3x12+10x3x2+5x4x1+x5ب6(x1،x2،x3،x4،x5،x6)=x16+15x2x14+20x3x13+45x22x12+15x23+60x3x2x1+15x4x12+10x32+15x4x2+6x5x1+x6،ب7(x1،x2،x3،x4،x5،x6،x7)=x17+21x15x2+35x14x3+105x13x22+35x13x4+210x12x2x3+105x1x23+21x12x5+105x1x2x4+70x1x32+105x22x3+7x1x6+21x2x5+35x3x4+x7.{\displaystyle {\begin{aligned}B_{0}={}&1,\\[8pt]B_{1}(x_{1})={}&x_{1},\\[8pt]B_{2}(x_{1},x_{2})={}&x_{1}^{2}+x_{2},\\[8pt]B_{3}(x_{1},x_{2},x_{3})={}&x_{1}^{3}+3x_{1}x_{2}+x_{3},\\[8pt]B_{4}(x_{1},x_{2},x_{3},x_{4})={}&x_{1}^{4}+6x_{1}^{2}x_{2}+4x_{1}x_{3}+3x_{2}^{2}+x_{4},\\[8pt]B_{5}(x_{1},x_{2},x_{3},x_{4},x_{5})={}&x_{1}^{5}+10x_{2}x_{1}^{3}+15x_{2}^{2}x_{1}+10x_{3}x_{1}^{2}+10x_{3}x_{2}+5x_{4}x_{1}+x_{5}\\[8pt]B_{6}(x_{1},x_{2},x_{3},x_{4},x_{5},x_{6})={}&x_{1}^{6}+15x_{2}x_{1}^{4}+20x_{3}x_{1}^{3}+45x_{2}^{2}x_{1}^{2}+15x_{2}^{3}+60x_{3}x_{2}x_{1}\\&{}+15x_{4}x_{1}^{2}+10x_{3}^{2}+15x_{4}x_{2}+6x_{5}x_{1}+x_{6},\\[8pt]B_{7}(x_{1},x_{2},x_{3},x_{4},x_{5},x_{6},x_{7})={}&x_{1}^{7}+21x_{1}^{5}x_{2}+35x_{1}^{4}x_{3}+105x_{1}^{3}x_{2}^{2}+35x_{1}^{3}x_{4}\\&{}+210x_{1}^{2}x_{2}x_{3}+105x_{1}x_{2}^{3}+21x_{1}^{2}x_{5}+105x_{1}x_{2}x_{4}\\&{}+70x_{1}x_{3}^{2}+105x_{2}^{2}x_{3}+7x_{1}x_{6}+21x_{2}x_{5}+35x_{3}x_{4}+x_{7}.\end{aligned}}}

التطبيقات

صيغة فا دي برونو

يمكن صياغة صيغة فا دي برونو بدلالة كثيرات حدود بيل على النحو التالي:

دندxنو(ز(x))=ك=1نو(ك)(ز(x))بن،ك(ز(x)،ز"(x)،...،ز(ن-ك+1)(x)).{\displaystyle {d^{n} \over dx^{n}}f(g(x))=\sum _{k=1}^{n}f^{(k)}(g(x))B_{n,k}\left(g'(x),g''(x),\dots ,g^{(n-k+1)}(x)\right).}

وبالمثل، يمكن صياغة صيغة فا دي برونو باستخدام متسلسلة القوى باستخدام كثيرات حدود بيل كما يلي. لنفترض

و(x)=ن=1أنن!xنوز(x)=ن=0بنن!xن.{\displaystyle f(x)=\sum _{n=1}^{\infty }{a_{n} \over n!}x^{n}\qquad {\text{and}}\qquad g(x)=\sum _{n=0}^{\infty }{b_{n} \over n!}x^{n}.}

ثم

ز(و(x))=ن=0ك=0نبكبن،ك(أ1،...،أن-ك+1)ن!xن.{\displaystyle g(f(x))=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {\sum _{k=0}^{n}b_{k}B_{n,k}(a_{1},\dots ,a_{n-k+1})}{n!}}x^{n}.}

على وجه الخصوص، تظهر كثيرات حدود بيل الكاملة في الدالة الأسية لسلسلة قوى رسمية :

خبرة(أنا=1أأناأنا!xأنا)=ن=0بن(أ1،...،أن)ن!xن،{\displaystyle \exp \left(\sum _{i=1}^{\infty }{a_{i} \over i!}x^{i}\right)=\sum _{n=0}^{\infty }{B_{n}(a_{1},\dots ,a_{n}) \over n!}x^{n},}

والتي تمثل أيضًا الدالة المولدة الأسية لكثيرات حدود بيل الكاملة على سلسلة ثابتة من الوسائطأ1،أ2،...{\displaystyle a_{1},a_{2},\dots }.

انعكاس السلسلة

لنفترض أن دالتين f و g معبر عنهما في متسلسلات قوى رسمية كما يلي:

و(w)=ك=0وكwكك!،وز(z)=ك=0زكzكك!،{\displaystyle f(w)=\sum _{k=0}^{\infty }f_{k}{\frac {w^{k}}{k!}},\qquad {\text{and}}\qquad g(z)=\sum _{k=0}^{\infty }g_{k}{\frac {z^{k}}{k!}},}

بحيث يكون g هو المعكوس التركيبي لـ f المعرف بـ g ( f ( w )) = w أو f ( g ( z )) = z . إذا كان f₀ = 0 و f₁ ≠ 0 ، فيمكن إعطاء صيغة صريحة لمعاملات المعكوس بدلالة كثيرات حدود بيل كما في [ 8 ] .

زن=1و1نك=1ن-1(-1)كنك¯بن-1،ك(و^1،و^2،...،و^ن-ك)،ن2،{\displaystyle g_{n}={\frac {1}{f_{1}^{n}}}\sum _{k=1}^{n-1}(-1)^{k}n^{\bar {k}}B_{n-1,k}({\hat {f}}_{1},{\hat {f}}_{2},\ldots ,{\hat {f}}_{n-k}),\qquad n\geq 2,}

معو^ك=وك+1(ك+1)و1،{\displaystyle {\hat {f}}_{k}={\frac {f_{k+1}}{(k+1)f_{1}}},}ونك¯=ن(ن+1)(ن+ك-1){\displaystyle n^{\bar {k}}=n(n+1)\cdots (n+k-1)}هو العامل التصاعدي ، وز1=1و1.{\displaystyle g_{1}={\frac {1}{f_{1}}}.}

التوسع التقاربي لتكاملات من نوع لابلاس

لنفترض التكامل على الصورة

أنا(λ)=أبهـ-λو(x)ز(x)دx،{\displaystyle I(\lambda )=\int _{a}^{b}e^{-\lambda f(x)}g(x)\,\mathrm {d} x,}

حيث ( a , b ) فترة حقيقية (محدودة أو غير محدودة)، وλ معامل موجب كبير، والدوال f و g متصلة. لنفترض أن للدالة f قيمة صغرى واحدة في الفترة [ a , b ] عند x  = a . افترض أنه عندما xa + ،   

و(x)و(أ)+ك=0أك(x-أ)ك+α،{\displaystyle f(x)\sim f(a)+\sum _{k=0}^{\infty }a_{k}(x-a)^{k+\alpha },}
ز(x)ك=0بك(x-أ)ك+β-1،{\displaystyle g(x)\sim \sum _{k=0}^{\infty }b_{k}(x-a)^{k+\beta -1},}

مع α > 0 و Re( β ) > 0؛ وأن مفكوك f يمكن تفاضله حدًا حدًا. ثم، تنص نظرية لابلاس-إرديلي على أن المفكوك التقاربي للتكامل I ( λ ) يُعطى بالصيغة التالية:

أنا(λ)هـ-λو(أ)ن=0Γ(ن+βα)جنλ(ن+β)/αمثلλ،{\displaystyle I(\lambda )\sim e^{-\lambda f(a)}\sum _{n=0}^{\infty }\Gamma {\Big (}{\frac {n+\beta }{\alpha }}{\Big )}{\frac {c_{n}}{\lambda ^{(n+\beta )/\alpha }}}\qquad {\text{as}}\quad \lambda \rightarrow \infty ,}

حيث يمكن التعبير عن المعاملات c n بدلالة a n و b n باستخدام كثيرات حدود بيل العادية الجزئية ، كما هو موضح في صيغة كامبل-فرومان-واليس-ووجديلو:

جن=1αأ0(ن+β)/αك=0نبن-كج=0ك(-ن+βαج)1أ0جب^ك،ج(أ1،أ2،...،أك-ج+1).{\displaystyle c_{n}={\frac {1}{\alpha a_{0}^{(n+\beta )/\alpha }}}\sum _{k=0}^{n}b_{n-k}\sum _{j=0}^{k}{\binom {-{\frac {n+\beta }{\alpha }}}{j}}{\frac {1}{a_{0}^{j}}}{\hat {B}}_{k,j}(a_{1},a_{2},\ldots ,a_{k-j+1}).}

كثيرات الحدود المتناظرة

كثير الحدود المتناظر الأساسيهـن{\displaystyle e_{n}}ومجموع القوى متعددة الحدود المتناظرةصن{\displaystyle p_{n}}يمكن ربطها ببعضها البعض باستخدام كثيرات حدود بيل كما يلي:

هـن=1ن!بن(ص1،-1!ص2،2!ص3،-3!ص4،...،(-1)ن-1(ن-1)!صن)=(-1)نن!بن(-ص1،-1!ص2،-2!ص3،-3!ص4،...،-(ن-1)!صن)،{\displaystyle {\begin{aligned}e_{n}&={\frac {1}{n!}}\;B_{n}(p_{1},-1!p_{2},2!p_{3},-3!p_{4},\ldots ,(-1)^{n-1}(n-1)!p_{n})\\&={\frac {(-1)^{n}}{n!}}\;B_{n}(-p_{1},-1!p_{2},-2!p_{3},-3!p_{4},\ldots ,-(n-1)!p_{n}),\end{aligned}}}
صن=(-1)ن-1(ن-1)!ك=1ن(-1)ك-1(ك-1)!بن،ك(هـ1،2!هـ2،3!هـ3،...،(ن-ك+1)!هـن-ك+1)=(-1)ننك=1ن1كب^ن،ك(-هـ1،...،-هـن-ك+1).{\displaystyle {\begin{aligned}p_{n}&={\frac {(-1)^{n-1}}{(n-1)!}}\sum _{k=1}^{n}(-1)^{k-1}(k-1)!\;B_{n,k}(e_{1},2!e_{2},3!e_{3},\ldots ,(n-k+1)!e_{n-k+1})\\&=(-1)^{n}\;n\;\sum _{k=1}^{n}{\frac {1}{k}}\;{\hat {B}}_{n,k}(-e_{1},\dots ,-e_{n-k+1}).\end{aligned}}}

تُتيح هذه الصيغ التعبير عن معاملات كثيرات الحدود أحادية المعامل بدلالة كثيرات حدود بيل لأصفارها. على سبيل المثال، بالاقتران مع نظرية كايلي-هاميلتون، تُؤدي هذه الصيغ إلى التعبير عن مُحدِّد المصفوفة المربعة A من الرتبة n × n بدلالة آثار قواها.

المحقق(أ)=(-1)نن!بن(s1،s2،...،sن)، أين sك=-(ك-1)!tr(أك).{\displaystyle \det(A)={\frac {(-1)^{n}}{n!}}B_{n}(s_{1},s_{2},\ldots ,s_{n}),~\qquad {\text{where }}s_{k}=-(k-1)!\operatorname {tr} (A^{k}).}

مؤشر دورة المجموعات المتناظرة

مؤشر الدورة للمجموعة المتناظرةSن{\displaystyle S_{n}}يمكن التعبير عنها بدلالة كثيرات حدود بيل الكاملة على النحو التالي:

Z(Sن)=بن(0!أ1،1!أ2،...،(ن-1)!أن)ن!.{\displaystyle Z(S_{n})={\frac {B_{n}(0!\,a_{1},1!\,a_{2},\dots ,(n-1)!\,a_{n})}{n!}}.}

اللحظات والتراكمات

المجموع

μن=بن(κ1،...،κن)=ك=1نبن،ك(κ1،...،κن-ك+1){\displaystyle \mu _{n}'=B_{n}(\kappa _{1},\dots ,\kappa _{n})=\sum _{k=1}^{n}B_{n,k}(\kappa _{1},\dots ,\kappa _{n-k+1})}

العزم النوني هو العزم الخام من الرتبة n لتوزيع احتمالي تكون عزومه التراكمية الأولى n هي κ₁ ، ...، κₙ . بعبارة أخرى، العزم النوني هو متعدد حدود بيل الكامل من الرتبة n عند حساب العزوم التراكمية الأولى n . وبالمثل، يمكن التعبير عن العزم التراكمي من الرتبة n بدلالة العزوم كما يلي:

κن=ك=1ن(-1)ك-1(ك-1)!بن،ك(μ1،...،μن-ك+1).{\displaystyle \kappa _{n}=\sum _{k=1}^{n}(-1)^{k-1}(k-1)!B_{n,k}(\mu '_{1},\ldots ,\mu '_{n-k+1}).}

كثيرات حدود هيرميت

يمكن التعبير عن كثيرات حدود هيرميت بدلالة كثيرات حدود بيل كما يلي:

هون(x)=بن(x،-1،0،...،0)،{\displaystyle \operatorname {He} _{n}(x)=B_{n}(x,-1,0,\ldots ,0),}

حيث xᵢ = 0 لجميع قيم i > 2؛ مما يسمح بتفسير توافقي لمعاملات كثيرات حدود هيرميت. ويمكن ملاحظة ذلك بمقارنة الدالة المولدة لكثيرات حدود هيرميت.

خبرة(xت-ت22)=ن=0هون(x)تنن!{\displaystyle \exp \left(xt-{\frac {t^{2}}{2}}\right)=\sum _{n=0}^{\infty }\operatorname {He} _{n}(x){\frac {t^{n}}{n!}}}

مع ذلك، فإن كثيرات حدود بيل لها نفس خصائصها.

تمثيل متتابعات كثيرات الحدود من النوع ذي الحدين

لأي متتالية من الأعداد القياسية a1 ، a2 ، ...، an ، ليكن

صن(x)=بن(أ1x،...،أنx)=ك=1نبن،ك(أ1،...،أن-ك+1)xك.{\displaystyle p_{n}(x)=B_{n}(a_{1}x,\ldots ,a_{n}x)=\sum _{k=1}^{n}B_{n,k}(a_{1},\dots ,a_{n-k+1})x^{k}.}

إذن، هذه المتتالية متعددة الحدود من النوع ذي الحدين ، أي أنها تحقق متطابقة ذي الحدين

صن(x+y)=ك=0ن(نك)صك(x)صن-ك(y).{\displaystyle p_{n}(x+y)=\sum _{k=0}^{n}{n \choose k}p_{k}(x)p_{n-k}(y).}
مثال: بالنسبة لـ a 1 = … = a n = 1، فإن كثيرات الحدودصن(x){\displaystyle p_{n}(x)}تمثل كثيرات الحدود Touchard .

وبشكل عام، لدينا هذه النتيجة:

نظرية: جميع متتابعات كثيرات الحدود من النوع ذي الحدين تكون على هذا الشكل.

إذا قمنا بتعريف متسلسلة قوى رسمية

ح(x)=ك=1أكك!xك،{\displaystyle h(x)=\sum _{k=1}^{\infty }{a_{k} \over k!}x^{k},}

ثم لكل n ،

ح-1(ددx)صن(x)=نصن-1(x).{\displaystyle h^{-1}\left({d \over dx}\right)p_{n}(x)=np_{n-1}(x).}

برمجة

يتم تطبيق كثيرات حدود بيل في:

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. كومتيت 1974 .
  2. 1 2 Cvijović 2011 .
  3. ^ أليكسييف وبولوغوفا وأليكسييف 2017 ، ط. 4.2.
  4. بيل 1934 ، الهوية (5.1) في الصفحة 266.
  5. تشو، و.-س.؛ هسو، ليتش س.؛ شيو، بيتر ج.-س. (2006-06-01). "تطبيق صيغة فا دي برونو في توصيف العلاقات العكسية" . مجلة الرياضيات الحسابية والتطبيقية . 190 ( 1-2 ): 151-169 . doi : 10.1016/j.cam.2004.12.041 .
  6. تشو، وينتشانغ (19 نوفمبر 2021). "متعددات حدود بيل والعلاقات العكسية غير الخطية" . المجلة الإلكترونية للتوافقية . 28 (4) ص4.24. doi : 10.37236/10390 . ISSN 1077-8926 . 
  7. Comtet 1974 ، الهوية [3l"] في الصفحة 136.
  8. Charalambides 2002 ، ص 437 ، المعادلة (11.43).

مراجع