下降幂与多项式乘法

这篇博客探讨了下降幂生成函数与多项式乘法的关系,通过点值指数生成函数展示了如何将下降幂转换并求解非负整数下的点值。介绍了下降幂不除阶乘但在点值计算时需除阶乘的特性,并提到了模板题的应用,如第二类斯特林数和下降幂二项式定理。

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下降幂生成函数: f ( x ) = ∑ i = 0 a i x i ‾ f(x) = \sum_{i=0} a_i x^{\underline i} f(x)=i=0aixi
指数生成函数: f 2 ( x ) = ∑ i = 0 a i i ! x i f_2(x) = \sum_{i=0}\frac {a_i}{i!} x^{i} f2(x)=i=0i!aixi
对于 f ( x ) f(x) f(x)的点值指数生成函数: g ( x ) = ∑ i = 0 f ( i ) i ! x i g(x) = \sum_{i=0}\frac {f(i)}{i!}x^i g(x)=i=0i!f(i)xi

考虑对于 x n ‾ x^{\underline n} xn的点值指数生成函数, g [ x n ‾ ] ( x ) = ∑ i = n i n ‾ x i i ! = ∑ i = n i ! i ! ∗ ( i − n ) ! x i = ∑ i = 0 1 i ! x i ∗ x n = e x x n g[x^{\underline n}](x) = \sum_{i=n} i^{\underline n}\frac {x^i}{i!} = \sum_{i=n} \frac {i!}{i! * (i-n)!} x^i = \sum_{i=0} \frac 1{i!} x^i * x^n = e^x x^n g[xn](x)=i=nini!xi=i=ni!(in)!i!xi=i=0i!1xixn=exxn

(直观上来讲,就是 x n ‾ x^{\underline n} xn的点值和阶乘很有关系,乘乘除除就变成 e x e^x ex了。)

那么对于下降幂生成函数 f ( x ) f(x) f(x)的点值指数生成函数:
g [ f ( x ) ] ( x ) = ∑ i = 0 g [ a i i ! x i ‾ ] ( x ) = ∑ i = 0 a i i ! e x x i = e x ∑ i = 0 a i i ! x i = e x f ( x ) g[f(x)](x) = \sum_{i=0}g[\frac {a_i}{i!} x^{\underline i}](x) = \sum_{i=0} \frac{a_i}{i!} e^x x^i=e^x\sum_{i=0}\frac {a_i}{i!} x^i = e^xf(x) g[f(x)](x)=i=0g[i!aixi](x)=i=0i!aiexxi=exi=0i!aixi=exf(x)

所以对于下降幂生成函数 f ( x ) f(x) f(x),他的点值生成函数为 f ( x ) e x f(x)e^x f(x)ex,
对于点值生成函数 g ( x ) g(x) g(x),他的原函数的下降幂生成函数为 g ( x ) e − x g(x)e^{-x} g(x)ex

相当于幂级数多项式用FFT来求在单位根下的点值,而下降幂多项式用乘上 e x e^x ex求非负整数下的点值(除上阶乘)。
这个变换太美妙了。
注意下降幂不除阶乘但是点值除阶乘。

模板题

应用1:
【模板】第二类斯特林数·行
x n = ∑ i = 0 n { i n } x i ‾ x^n = \sum_{i=0}^n \begin{Bmatrix} i\\n \end{Bmatrix}x^{\underline i} xn=i=0n{in}xi
那么就是一个点值生成函数转为下降幂生成函数,直接在指数生成函数的意义下 × e − x \times e^{-x} ×ex即可。

操作:
下降幂多项式的平移:
下降幂二项式定理 ( a + b ) n ‾ = ∑ i = 0 n ( n i ) a i ‾ b n − i ‾ (a+b)^{\underline n}=\sum_{i=0}^n \binom{n}ia^{\underline i}b^{\underline {n-i}} (a+b)n=i=0n(in)aibni

证明:
∑ i = 0 n ( n i ) ( a i ) ( b n − i ) i ! ( n − i ) ! = n ! ∑ i = 0 n ( a i ) ( b n − i ) = n ! ( a + b n ) = ( a + b ) n ‾ \sum_{i=0}^n \binom ni\binom ai\binom b{n-i}i!(n-i)! = n! \sum_{i=0}^n \binom ai \binom b{n-i} = n!\binom {a+b}n = (a+b)^{\underline n} i=0n(in)(ia)(nib)i!(ni)!=n!i=0n(ia)(nib)=n!(na+b)=(a+b)n

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