2017-11-08

3.求和公式的代数方法

  (问题的提出)给定任意的多项式f(x)如,1,x,x𠆢2,x𠆢3,或者1/2·x(x-1),1/6·x(x-1)(x-2)等,怎样找出求和公式Sf(x)来计算下述级数之和,f(o)+f(1)+f(2)+⋯十f(n-1)=Sf(n)

对于n=1,2,3,⋯皆成立.

分析:i)不妨先假设上述Sf(n)是n的多项式,则它满足下列特殊性质:

              Sf(n+1)-Sf(n)=f(n)

              Sf(0)=0(零项的总和为0)

          ii)反之,假若有一个多项式Sf(x)满足条件Sf(0)=0和Sf(X+1)-Sf(x)=f(x)

则f(0)=Sf(1)-Sf(0)

  f(1)=Sf(2)-Sf(1)

⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯

  f(n-1)=Sf(n)-Sf(n-1)

即,f(0)+f(1)+⋯+f(n-1)=Sf(n)-Sf(0)=Sf(n)

(K次)多项式求和定理:给出任何一个k次多项式f(x),存在一个唯一的(k+1)次多项式Sf(x)它满足条件:Sf(0)=0和Sf(x+1)-Sf(x)=f(x),也即,f(0)+f(1)+⋯+f(n-1)=Sf(n)对于所有的n=1,2,3,⋯皆成立.

(代数定理)一个K次多项式f(x)是可以由其(K+1)个值{f(i);0<=i<=k}所唯一确定的,而相应的求和公式Sf(x)是(k+1)次多项式,则需要由其(k+2)个值所决定

下面我们采用一组特殊的多项式来解决这个问题。

  令      g。(x)=1

            g1(x)=x

            g2(x)=1/2·x(x-1)

          ⋯      ⋯        ⋯    ⋯

          gk(x)=1/k!·x(x-1)⋯(x-k+1)

显然上述gk(x)满足gk(i)=0(0<=i<=k-1)和gk(k)=1,所以gk(n)的前k个总和皆为0(即Sgk(i)=0,1<=i<=k),而第(k+1)总和是1,即Sgk(k+1)=1。所以Sgk(x)=gk+1(x),即gk(x)的求和公式Sgk(x)就是这个系列多项式的下一位成员,所以对于给定一个l次的多项式f(x)其求和公式Sf(x)可用下述方法有系统地确定之。

i)首先找一组系数C。,C1,C2,⋯Cl使得

f(x)=C。g。(x)+C1g1(x)+⋯+Clgl(x)

ii)然后,由分配律可得:Sf(x)=C。·g1(x)+C1·g2(x)+⋯+Ck·gk+1(x)+⋯+Cl·gl+1(x)

iii)确定系数Ck(0<=K<=l),方法如下

C。=)f(0),f(1),f(2),⋯,f(l-1),f(l)

    C1=)亼f(0),亼f(1),⋯,亼f(l-1)

          C2=)亼2f(0),⋯,  亼2f(l-1/

                  ⋯⋯  ⋯⋯    ⋯⋯

                      Cl=)亼lf0)

即下层的值是由上一层相邻的两个数值之差所得出的。

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