3.求和公式的代數方法
? (問題的提出)給定任意的多項式f(x)如,1翠勉,x妖啥,x??2,x??3对碌,或者1/2·x(x-1)荆虱,1/6·x(x-1)(x-2)等,怎樣找出求和公式Sf(x)來計算下述級數之和朽们,f(o)+f(1)+f(2)+?十f(n-1)=Sf(n)
對于n=1怀读,2,3骑脱,?皆成立.
分析:i)不妨先假設上述Sf(n)是n的多項式菜枷,則它滿足下列特殊性質:
? ? ? ? ? ? ? Sf(n+1)-Sf(n)=f(n)
? ? ? ? ? ? ? Sf(0)=0(零項的總和為0)
? ? ? ? ? ii)反之,假若有一個多項式Sf(x)滿足條件Sf(0)=0和Sf(X+1)-Sf(x)=f(x)
則f(0)=Sf(1)-Sf(0)
? f(1)=Sf(2)-Sf(1)
? ? ? ? ? ? ? ?
? f(n-1)=Sf(n)-Sf(n-1)
即叁丧,f(0)+f(1)+?+f(n-1)=Sf(n)-Sf(0)=Sf(n)
(K次)多項式求和定理:給出任何一個k次多項式f(x)啤誊,存在一個唯一的(k+1)次多項式Sf(x)它滿足條件:Sf(0)=0和Sf(x+1)-Sf(x)=f(x),也即拥娄,f(0)+f(1)+?+f(n-1)=Sf(n)對于所有的n=1蚊锹,2,3稚瘾,?皆成立.
(代數定理)一個K次多項式f(x)是可以由其(K+1)個值{f(i)枫耳;0<=i<=k}所唯一確定的,而相應的求和公式Sf(x)是(k+1)次多項式孟抗,則需要由其(k+2)個值所決定
下面我們采用一組特殊的多項式來解決這個問題迁杨。
? 令? ? ? g。(x)=1
? ? ? ? ? ? g1(x)=x
? ? ? ? ? ? g2(x)=1/2·x(x-1)
? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ?
? ? ? ? ? gk(x)=1/k凄硼!·x(x-1)?(x-k+1)
顯然上述gk(x)滿足gk(i)=0(0<=i<=k-1)和gk(k)=1铅协,所以gk(n)的前k個總和皆為0(即Sgk(i)=0,1<=i<=k)摊沉,而第(k+1)總和是1狐史,即Sgk(k+1)=1。所以Sgk(x)=gk+1(x)说墨,即gk(x)的求和公式Sgk(x)就是這個系列多項式的下一位成員骏全,所以對于給定一個l次的多項式f(x)其求和公式Sf(x)可用下述方法有系統(tǒng)地確定之。
i)首先找一組系數C尼斧。姜贡,C1,C2棺棵,?Cl使得
f(x)=C楼咳。g熄捍。(x)+C1g1(x)+?+Clgl(x)
ii)然后,由分配律可得:Sf(x)=C母怜∮嗟ⅲ·g1(x)+C1·g2(x)+?+Ck·gk+1(x)+?+Cl·gl+1(x)
iii)確定系數Ck(0<=K<=l),方法如下
C苹熏。=)f(0)碟贾,f(1),f(2)轨域,?缕陕,f(l-1),f(l)
? ? C1=)亼f(0)疙挺,亼f(1)扛邑,?,亼f(l-1)
? ? ? ? ? C2=)亼2f(0)铐然,?蔬崩,? 亼2f(l-1/
? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ??
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Cl=)亼lf0)
即下層的值是由上一層相鄰的兩個數值之差所得出的。