Олимпиадные задачи из источника «параграф 3. Производящие функции» для 9 класса - сложность 3 с решениями
параграф 3. Производящие функции
НазадПеременные<i>x</i>и<i>y</i>связаны равенством<div align="CENTER"> <i>x</i> = <i>y</i> + $\displaystyle {\frac{y^2}{2!}}$ + $\displaystyle {\frac{y^3}{3!}}$ +...+ $\displaystyle {\frac{y^n}{n!}}$ +... </div>Разложите<i>y</i>по степеням<i>x</i>.
Придумайте какое-либо взаимно-однозначное соответствие между разбиениями натурального числа на различные и на нечётные слагаемые.
На доске написано <i>n</i> натуральных чисел. Пусть <i>a<sub>k</sub></i> – количество тех из них, которые больше <i>k</i>. Исходные числа стерли и вместо них написали все положительные <i>a<sub>k</sub></i>. Докажите, что если с новыми числами сделать то же самое, то на доске окажется исходный набор чисел.
Например, для чисел 5, 3, 3, 2, получается следующая цепочка (5, 3, 3, 2) → (4, 4, 3, 1, 1) → (5, 3, 3, 2).
Вычислите, используя производящие функции, следующие суммы:
а) <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61508/problem_61508_img_2.gif"> б) <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61508/problem_61508_img_3.gif"> в) <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61508/problem_61508_img_4.gif"> г) <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61508/problem_61508_img_5.gif">
Вычислите суммы а)$\sum\limits_{n=0}^{\infty}$${\dfrac{F_n}{2^n}}$; б)$\sum\limits_{n=0}^{\infty}$${\dfrac{L_n}{2^n}}$. Здесь L<sub>n</sub>обозначает числа Люка, смотри задачу<a href="https://mirolimp.ru/tasks/160585">3.133</a>.
а) Найдите производящую функцию последовательности чисел Люка (определение чисел Люка смотри в задаче <a href="https://mirolimp.ru/tasks/160585">160585</a>)б) Пользуясь этой функцией, выразите <i>L<sub>n</sub></i> через φ и <img width="15" height="30" align="MIDDLE" border="0" src="/storage/problem-media/61504/problem_61504_img_2.gif"> (см. задачу <a href="https://mirolimp.ru/tasks/161502">161502</a>).
Докажите, что бесконечная сумма<div align="CENTER"> <table> <tr valign="MIDDLE"><td align="RIGHT"> </td> <td align="LEFT">0, 1</td> </tr> <tr valign="MIDDLE"><td align="RIGHT">+</td> <td align="LEFT">0, 01</td> </tr> <tr valign="MIDDLE"><td align="RIGHT">+</td> <td align="LEFT">0, 002</td> </tr> <tr valign="MIDDLE"><td align="RIGHT">+</td> <td align="LEFT">0, 0003</td> </tr> <tr valign="MIDDLE"><td align="RIGHT">+</td> <td align="LEFT">0, 00005</td>...
а) Докажите, что производящая функция последовательности чисел Фибоначчи <i>F</i>(<i>x</i>) = <i>F</i><sub>0</sub> + <i>F</i><sub>1</sub><i>x</i> + <i>F</i><sub>2</sub><i>x</i>² + ... + <i>F<sub>n</sub>x<sup>n</sup></i> + ... может быть записана в виде <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61502/problem_61502_img_2.gif"> где <img width="15" height="28" align="MIDDLE" border="0" src="/storage/problem-media/61502/problem_61502_img_3.gif"> = <img width="41" height="41" align="MIDDLE" border="0" s...
Функции <i>a, b</i> и <i>c</i> заданы рядами <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61501/problem_61501_img_2.gif"> <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61501/problem_61501_img_3.gif"> <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61501/problem_61501_img_4.gif">Докажите, что <i>a</i>³ +<i>b</i>³ +<i>c</i>³ – 3<i>abc</i>= (1 +<i>x</i>³)<sup><i>n</i></sup>.
Предположим, что у нас имеется 1000000 автобусных билетов с номерами от 000000 до 999999. Будем называть билет <i>счастливым</i>, если сумма первых трёх цифр его номера равна сумме трёх последних. Пусть <i>N</i> – количество счастливых билетов. Докажите равенства:
а) (1 + <i>x</i> + ... + <i>x</i><sup>9</sup>)<sup>3</sup>(1 + <i>x</i><sup>–1</sup> + ... + <i>x</i><sup>–9</sup>)<sup>3</sup> = <i>x</i><sup>27</sup> + ... + <i>a</i><sub>1</sub><i>x</i> + <i>N</i> + <i>a</i><sub>1</sub><i>x</i> + ... + <i>x</i><sup>–27</sup>;...
Докажите, что для всех неотрицательных <i>n</i> выполняются равенства а) <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61496/problem_61496_img_2.gif"> б) <img align="absmiddle" src="/storage/problem-media/61496/problem_61496_img_3.gif">
Пусть <i>a<sub>n</sub></i> – число решений уравнения <i>x</i><sub>1</sub> + ... + <i>x<sub>k</sub></i> = <i>n</i> в целых неотрицательных числах и <i>F</i>(<i>x</i>) – производящая функция последовательности <i>a<sub>n</sub></i>.
а) Докажите равенства: <i>F</i>(<i>x</i>) = (1 + <i>x</i> + <i>x</i>² + ...)<sup><i>k</i></sup> = (1 – <i>x</i>)<sup>–<i>k</i></sup>.
б) Найдите формулу для <i>a<sub>n</sub></i>, пользуясь задачей <a href="https://mirolimp.ru/tasks/161490">161490</a>.