A binomiális együttható a Newton-binomiális hatványaiban szereplő tag előtti együttható . Az at együtthatót vagy jelöli , és a következőt jelenti: „binomiális együttható a következőtől ” (vagy „ kombinációk száma a következőtől ”):
a természetes erőkért .
Binomiális együtthatók tetszőleges valós kitevőkre is definiálhatók . Tetszőleges valós szám esetén a binomiális együtthatók egy kifejezés végtelen hatványsorba való kiterjesztésének együtthatói :
,ahol a nem negatív egész számok esetén az at összes együtthatója eltűnik, és ezért ez a bővítés véges összeg.
A kombinatorikában a nem negatív egész számok binomiális együtthatója és a by kombinációinak számaként értelmezhető , azaz az összes (nem szigorú) részhalmaz ( minta ) száma egy -elem halmazban .
A binomiális együtthatók gyakran felmerülnek a kombinatorika és a valószínűségszámítás problémáiban . A binomiális együtthatók általánosítása a multinomiális együtthatók .
A hatványsor-kiterjesztés együtthatóinak kiszámításával explicit képleteket kaphatunk a binomiális együtthatókra .
Minden valós számra és egész számra :
,ahol a faktoriálist jelöli .
A nem negatív egész számokra és a képletek is érvényesek:
.Egész számú negatív kitevő esetén a binomiális kiterjesztési együtthatók a következők:
.Identitás:
lehetővé teszi a nem negatív egész számok binomiális együtthatóinak rendezését Pascal - háromszög formájában, amelyben minden szám egyenlő két nagyobb összeg összegével:
.A Pascal által az aritmetikai háromszögről szóló traktátusában (1654) javasolt háromszögtábla 45°-os elforgatással különbözik az itt leírtaktól. A binomiális együtthatók megjelenítésére szolgáló táblázatok korábban is ismertek voltak ( Tartaglia , Omar Khayyam ).
Ha a Pascal-háromszög minden sorában az összes számot elosztjuk -val (ez a sorban lévő összes szám összege ), akkor az összes egyenes, ahogy a végtelenbe megy, normál eloszlási függvény alakját veszi fel .
Fix érték esetén a binomiális együtthatók sorozatának generáló függvénye :
.Rögzített érték esetén az együttható sorozat generáló függvénye :
.Az egész számok binomiális együtthatóinak kétdimenziós generáló függvénye :
, vagy .A Lukács-tételből az következik, hogy:
hanem általánosabban
.Vandermonde konvolúciója :
,ahol egy . Ezt az azonosságot úgy kapjuk meg, hogy kiszámítjuk az at együtthatót a bővítésben , figyelembe véve az azonosságot . Az összeget átveszi minden olyan egész szám , amelyre . Tetszőleges valós számok esetén az összegben szereplő nem nulla tagok száma véges.
A Vandermonde konvolúció következménye:
.Általánosabb identitás:
ha .A konvolúció másik következménye a következő azonosság: .
Vannak egyenlőségek is:
Honnan származik:
,hol van az elhelyezések száma től ig .
Ha veszünk egy négyzetes mátrixot, megszámolva a Pascal-háromszög szárai mentén lévő elemeket, és a mátrixot a négy sarok bármelyikével elforgatva, akkor ennek a négy mátrixnak a determinánsa bármelyik esetén ±1 , a mátrix determinánsa pedig a csúcsával a bal felső sarokban lévő háromszög 1.
A mátrixban az átlón lévő számok megismétlik a Pascal-háromszög ( ) sorainak számát. Két szigorúan átlós mátrix szorzatára bontható: az alsó háromszögű és az abból transzponálással kapott mátrix szorzatára:
,ahol . A k inverz mátrix alakja:
.Így lehetséges a k inverz mátrix két szigorúan átlós mátrix szorzatára bontani: az első mátrix felső háromszög alakú, a második pedig az elsőből transzponálással kerül elő, ami lehetővé teszi, hogy kifejezett kifejezést adjunk a inverz elemek:
, ahol , , , .Egy inverz mátrix elemei a méretének változásával változnak, és a mátrixtól eltérően nem elég új sort és oszlopot hozzárendelni. A mátrix oszlopa egy fokszámú polinom az argumentumban , ezért az első p oszlopok teljes bázist alkotnak a +1 hosszúságú vektorok terében, amelyek koordinátái azonos vagy kisebb fokú polinomokkal interpolálhatók . A mátrix alsó sora ortogonális bármely ilyen vektorra.
mert , ahol egy fokú polinom .Ha egy tetszőleges hosszúságú vektor interpolálható fokú polinommal , akkor a mátrix soraival (0-tól számozott) pontszorzat nulla. A fenti azonosságot és a mátrix alsó sorának és a mátrix utolsó oszlopának pontszorzatának egységét felhasználva a következőt kapjuk:
.Nagyobb kitevő esetén beállíthatja a rekurzív képletet:
,hol van a polinom
.Ennek bizonyításához először azonosítunk egy személyazonosságot:
.Ha nem minden kitevőre szeretne képletet találni, akkor:
.A legmagasabb együttható 1, a többi együttható megtalálásához a-1 értékekre lesz szükség:
számára .Stirling képletéből egyenesen következik , hogy for igaz .
A , ... binomiális együtthatók egész polinomjai , azaz egész értékeket vesznek fel a , egész értékére - ez könnyen megérthető például a Pascal-háromszögből. Ezenkívül egész értékű polinomok alapját képezik, amelyekben minden egész értékű polinom lineáris kombinációként van kifejezve egész együtthatókkal. [egy]
Ugyanakkor a standard bázis , … nem teszi lehetővé az összes egész polinom kifejezését, ha csak egész együtthatókat használunk, mivel már rendelkezik tört együtthatókkal a hatványokon .
Ez az eredmény sok változóban általánosít polinomokra. Nevezetesen, ha egy fokszámú polinom valós együtthatókkal rendelkezik, és a változók egész értékére egész értékeket vesz fel, akkor
,ahol egy egész együtthatós polinom. [2]
A binomiális együtthatók kiszámíthatók a rekurzív képlettel , ha az értékeket minden lépésben tároljuk . Ez az algoritmus különösen akkor hatékony, ha meg kell szereznie egy rögzített érték összes értékét . Az algoritmus memóriát igényel ( a teljes binomiális együtthatók táblázatának kiszámításakor) és időt (feltételezve, hogy minden szám egy memóriaegységet foglal el, és a számokkal végzett műveletek időegységenként kerülnek végrehajtásra), ahol — « » nagy .
Fix érték esetén a binomiális együtthatók egy rekurzív képlettel számíthatók ki , amelynek kezdeti értéke . Ez a módszer memóriát és időt igényel az érték kiszámításához .
Ha egy fix értékhez szeretné kiszámítani az együtthatókat , használhatja a kezdeti feltétel képletét . Minden iterációs lépésben a számlálót csökkentjük (kezdeti értékkel ), a nevezőt pedig ennek megfelelően növeljük (kezdeti értékkel ). Ez a módszer memóriát és időt igényel az érték kiszámításához .