diff --git a/content/categories/articles/_index.md b/content/categories/articles/_index.md new file mode 100644 index 0000000..3a27ba9 --- /dev/null +++ b/content/categories/articles/_index.md @@ -0,0 +1,9 @@ +--- +title: Articles +description: mathematical articles or notes + +# Badge style +style: + background: "rgb(19, 110, 66)" + color: "#fff" +--- \ No newline at end of file diff --git a/content/post/articles/cute/wrongarrange.md b/content/post/articles/cute/wrongarrange.md index 57ed5b9..e104636 100644 --- a/content/post/articles/cute/wrongarrange.md +++ b/content/post/articles/cute/wrongarrange.md @@ -10,8 +10,10 @@ comments: true darft: false categories: - FDH + - Articles tags: - Femboy's Dessert House + - 全错排 --- ## 导入 diff --git a/content/post/articles/derange-derivation.md b/content/post/articles/derange-derivation.md new file mode 100644 index 0000000..d643b9b --- /dev/null +++ b/content/post/articles/derange-derivation.md @@ -0,0 +1,168 @@ +--- +title: 全错排问题数列推导 +description: 本文为全错排公式的数列推导方法, co-authored-by Qianwen +date: 2026-04-03 +lastmod: 2026-04-03 +image: +math: true +license: co-authored-by Qianwen +draft: false +categories: +- Articles +tags: +- 全错排 +--- + +## 问题描述 + +已知递推数列: + +$$ + A_n = (n-1)(A_{n-1} + A_{n-2}), \quad n \ge 3 +$$ + +初始条件: + +$$ + A_1 = 0, \quad A_2 = 1 +$$ + +求 $\{A_n\}$ 的通项公式。 + +> **背景知识**:该数列即为组合数学中的**错排数**(Derangement Number),通常记为 $D_n$ 或 $!n$。它表示 $n$ 个元素排列后,没有任何一个元素出现在其原始位置上的排列总数。 + +--- + +## 推导过程 + +### 1. 变形递推关系 + +将原递推公式展开: + +$$ + A_n = (n-1)A_{n-1} + (n-1)A_{n-2} +$$ + +为了构造可解的形式,我们在等式两边同时减去 $n A_{n-1}$: + +$$ +\begin{aligned} + A_n - n A_{n-1} &= (n-1)A_{n-1} + (n-1)A_{n-2} - n A_{n-1} \\ + &= -A_{n-1} + (n-1)A_{n-2} \\ + &= -(A_{n-1} - (n-1)A_{n-2}) +\end{aligned} +$$ + +> 其实你可以用待定系数法强行构造出来一个等比然后再展开求解 + +### 2. 构造辅助数列 + +令 $B_n = A_n - n A_{n-1}$ ($n \ge 2$)。 +由上式可得: + +$$ + B_n = -B_{n-1} +$$ + +这表明 $\{B_n\}$ 是一个公比为 $-1$ 的等比数列。 + +计算首项 $B_2$: + +$$ +B_2 = A_2 - 2 A_1 = 1 - 2 \times 0 = 1 +$$ + +因此, $\{B_n\}$ 的通项为: + +$$ +B_n = B_2 \cdot (-1)^{n-2} = 1 \cdot (-1)^{n-2} = (-1)^n +$$ + +*(注: $(-1)^{n-2} = (-1)^n \cdot (-1)^{-2} = (-1)^n$)* + +代回 $B_n$ 的定义,得到新的递推关系: + +$$ +A_n - n A_{n-1} = (-1)^n \implies A_n = n A_{n-1} + (-1)^n +$$ + +### 3. 累加 + +将上式两边同时除以 $n!$: + +$$ +\frac{A_n}{n!} = \frac{A_{n-1}}{(n-1)!} + \frac{(-1)^n}{n!} +$$ + +令 $C_n = \frac{A_n}{n!}$,则有: + +$$ +C_n - C_{n-1} = \frac{(-1)^n}{n!} +$$ + +对 $k$ 从 $2$ 到 $n$ 进行累加: + +$$ +\begin{aligned} + C_n &= C_1 + \sum_{k=2}^n (C_k - C_{k-1}) \\ + &= \frac{A_1}{1!} + \sum_{k=2}^n \frac{(-1)^k}{k!} +\end{aligned} +$$ + +由于 $A_1 = 0$,故 $C_1 = 0$。 + +$$ +C_n = \sum_{k=2}^n \frac{(-1)^k}{k!} +$$ + +观察求和项: + +- 当 $k=0$ 时, $\frac{(-1)^0}{0!} = 1$ +- 当 $k=1$ 时, $\frac{(-1)^1}{1!} = -1$ +- 前两项之和 $1 + (-1) = 0$,不影响总和。 + +因此可以将求和下标扩展至 $0$: + +$$ +C_n = \sum_{k=0}^n \frac{(-1)^k}{k!} +$$ + +### 4. 得出通项公式 + +由 $A_n = n! \cdot C_n$,最终得到: + +$$ +A_n = n! \sum_{k=0}^n \frac{(-1)^k}{k!} +$$ + +--- + +## 最终结论 + +该数列的通项公式为: + +$$ +A_n = n! \left( 1 - \frac{1}{1!} + \frac{1}{2!} - \frac{1}{3!} + \cdots + \frac{(-1)^n}{n!} \right) +$$ + +或者写作求和符号形式: + +$$ +A_n = \sum_{k=0}^n (-1)^k \frac{n!}{k!} +$$ + +### 近似公式 + +当 $n$ 较大时,由于 $\sum_{k=0}^\infty \frac{(-1)^k}{k!} = e^{-1} = \frac{1}{e}$,该公式可近似为: + +$$ +A_n \approx \frac{n!}{e} +$$ + +精确值为最接近 $\frac{n!}{e}$ 的整数: + +$$ +A_n = \left[ \frac{n!}{e} \right] +$$ + +*(其中 $[x]$ 表示四舍五入取整)* diff --git a/static/.gitkeep b/static/.gitkeep new file mode 100644 index 0000000..e69de29