1.通项:
1)Cn=Cn2n-Cn+12n
证明:卡特兰数定义:令1表示进栈,0表示出栈,则可转化为求一个2n位、含n个1、n个0的二进制数,满足从左往右扫描到任意一位时,经过的0数不多于1数。
考虑一个含n个1、n个0的2n位二进制数,扫描到第2m+1位上时有m+1个0和m个1(容易证明一定存在这样的情况),则后面的0-1排列中必有n-m个1和n-m-1个0。将2m+2及其以后的部分0变成1、1变成0,则对应一个n+1个0和n-1个1的二进制数。反之亦然(相似的思路证明两者一一对应)。
因此Cn=Cn2n-Cn+12n
2)Cn=Cn2n/(n+1)
证明:由1)化简得到
2.递推式:
C0=1
1)Cn+1=∑ni=0Ci∗Cn−i
证明:由进出栈的定义可以得到此递推式。考察第一次1的个数等于0的个数的位置:1,2…(i+1)…n,将数列分成前后两个部分,互相独立地计数,相乘即可。
2)Cn+1=2∗(2∗n+1)∗Cn/(n+2)
证明:通过通项2)式可以得到证明
应用:
1.Cn表示通过连结顶点而将n + 2边的凸多边形分成三角形的方法个数
2.Cn表示所有在n × n格点中不越过对角线的单调路径的个数。(
证明:和进出栈证明类似
3.Cn表示有n+1个叶子的二叉树的个数。
证明:满足卡特兰递推式