P3711 仓鼠的数学题(伯努利数)
P3711 倉鼠的數學題
有關伯努利數的知識可以看我的上一篇題解鏈接(寫的超詳細)。
F(x)=∑k=0nSk(x)ak原本定義的Sk(x)=∑i=0xik根據伯努利數的定義Sk′(x)=∑i=0x?1ik則我們求F(x)=∑k=0nSk′(x)ak,答案即為F(x+1)考慮先求F(x)=∑k=0nak1k+1∑i=0kCk+1iBixk?i+1∑k=0nakk+1∑i=0k(k+1)!i!(k+1?i)!Bixk?i+1∑k=0nakk!∑i=0kBii!xk?i+1(k?i+1)!∑i=1n+1xii!∑k=i?1n(akk!)(Bk+1?i(k+1?i)!)設f(n)=akk!,g(n)=Bnn!,另g(n)=g(n?i)即翻轉一下∑i=1n+1xii!∑k=i?1nf(k)g(n+i?k)容易發現后面是一個卷積,所以可以優化F(x) = \sum_{k = 0} ^{n} S_k(x) a_k\\ 原本定義的S_k(x) = \sum_{i = 0} ^{x} i ^ k\\ 根據伯努利數的定義S'_k(x) = \sum_{i = 0} ^{x - 1} i ^ k\\ 則我們求F(x) = \sum_{k = 0} ^{n} S'_k(x) a_k, 答案即為F(x + 1)\\ 考慮先求F(x) = \sum_{k = 0} ^{n} a_k \frac{1}{k + 1} \sum\limits_{i = 0} ^{k}C_{k + 1} ^{i}B_i x ^{k - i + 1}\\ \sum_{k = 0} ^{n} \frac{a_k}{k + 1} \sum_{i = 0} ^{k} \frac{(k + 1)!}{i!(k + 1 - i)!} B_i x ^{k - i + 1}\\ \sum_{k = 0} ^{n} a_k k! \sum_{i = 0} ^{k} \frac{B_i}{i!}\frac{x ^{k - i + 1}}{(k - i + 1)!}\\ \sum_{i = 1} ^{n + 1} \frac{x ^{i}}{i!} \sum_{k = i - 1} ^{n} \left(a_k k!\right) \left( \frac{B_{k + 1 - i}}{(k + 1 - i)!} \right)\\ 設f(n) = a_k k!, g(n) = \frac{B_{n}}{n!}, 另g(n) = g(n - i)即翻轉一下\\ \sum_{i = 1} ^{n + 1} \frac{x ^ i}{i!} \sum_{k = i - 1} ^{n} f(k) g(n + i - k)\\ 容易發現后面是一個卷積,所以可以優化\\ F(x)=k=0∑n?Sk?(x)ak?原本定義的Sk?(x)=i=0∑x?ik根據伯努利數的定義Sk′?(x)=i=0∑x?1?ik則我們求F(x)=k=0∑n?Sk′?(x)ak?,答案即為F(x+1)考慮先求F(x)=k=0∑n?ak?k+11?i=0∑k?Ck+1i?Bi?xk?i+1k=0∑n?k+1ak??i=0∑k?i!(k+1?i)!(k+1)!?Bi?xk?i+1k=0∑n?ak?k!i=0∑k?i!Bi??(k?i+1)!xk?i+1?i=1∑n+1?i!xi?k=i?1∑n?(ak?k!)((k+1?i)!Bk+1?i??)設f(n)=ak?k!,g(n)=n!Bn??,另g(n)=g(n?i)即翻轉一下i=1∑n+1?i!xi?k=i?1∑n?f(k)g(n+i?k)容易發現后面是一個卷積,所以可以優化
下面的n=n+1n = n + 1n=n+1,由上易知F(x)F(x)F(x)是一個n+1n + 1n+1次多項式。
設F(x)=∑i=0naixiF(x+1)=∑i=0nai(x+1)i∑i=0nai∑j=0iCjixj∑i=0nai∑j=0ii!j!(i?j)!xj∑i=0nxii!∑j=inajj!1(j?i)!另f(n)=ann!,g(n)=1n!,再翻轉g(n)∑i=0nxii!∑j=inf(j)g(n+i?j)后面也同樣是一個卷積,所以可以優化設F(x) = \sum_{i = 0} ^{n} a_i x ^ i\\ F(x + 1) = \sum_{i = 0} ^{n} a_i (x + 1) ^ i\\ \sum_{i = 0} ^{n} a_i \sum_{j = 0} ^{i} C_{j} ^{i} x ^ j\\ \sum_{i = 0} ^{n} a_i \sum_{j = 0} ^{i} \frac{i!}{j!(i - j)!} x ^ j\\ \sum_{i = 0} ^{n} \frac{x ^ i}{i!} \sum_{j = i} ^{n} a_j j! \frac{1}{(j - i)!}\\ 另f(n) = a_n n!, g(n) = \frac{1}{n!},再翻轉g(n)\\ \sum_{i = 0} ^{n} \frac{x ^{i}}{i!} \sum_{j = i} ^{n} f(j) g(n + i - j)\\ 后面也同樣是一個卷積,所以可以優化\\ 設F(x)=i=0∑n?ai?xiF(x+1)=i=0∑n?ai?(x+1)ii=0∑n?ai?j=0∑i?Cji?xji=0∑n?ai?j=0∑i?j!(i?j)!i!?xji=0∑n?i!xi?j=i∑n?aj?j!(j?i)!1?另f(n)=an?n!,g(n)=n!1?,再翻轉g(n)i=0∑n?i!xi?j=i∑n?f(j)g(n+i?j)后面也同樣是一個卷積,所以可以優化
總結
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