Cómo encontrar el número de coeficientes impares en un producto muy largo de secuencias

¿Se supone que hay paréntesis alrededor de la “x + i”, de modo que si el límite superior del producto es 2 entonces product = (x + 1) (x + 2)?

Llame N al límite superior del producto y No al número de coeficientes impares para un valor dado de N. Dado que No siempre es una potencia de 2, solo necesitamos considerar lNo = Log_2 (No). Por lo tanto, todos los registros son Log Base 2.

No sé cómo probar las siguientes afirmaciones, pero espero que saber la respuesta ayude. Sería mejor hacer esto con la generación de funciones. Lo siguiente se concluyó mirando el patrón.

Tienes que descubrir cómo No varía entre N = 2 ^ K y N = 2 ^ (K + 1). Parece factible

EDITAR: CÓDIGO MODIFICADO DE MATEMÁTICA PARA APROVECHAR EL HECHO DE QUE SU PRODUCTO ES EL SÍMBOLO DE POCHAMMER. Nuevamente, N es el límite superior de su producto.

nMax = 256;

out = Table [{n, No = Count [OddQ [CoefficientList [Pochhammer [1 + x, n], x]], True]; Log [2, No]}, {n, 1, nMax}];

Esto toma 8 segundos en mi computadora portátil. Tarda aproximadamente un minuto con nMax = 512;

Los primeros ocho valores de (N, Log (2, No) son:

{1, 1}, {2, 1}, {3, 1}, {4, 1}, {5, 2}, {6, 2}, {7, 1}, {8, 1} lo que significa que ( x + 1), (x + 1) (x + 2), (x + 1) (x + 2) (x + 3) y (x + 1) (x + 2) (x + 3) (x + 4) todos tienen 2 coeficientes impares. Entonces (x + 1) (x + 2) (x + 3) (x + 4) (x + 5) y (x + 1) (x + 2) (x + 3) (x + 4) (x + 5) (x + 6) tienen 4 coeficientes impares y (x + 1) (x + 2) (x + 3) (x + 4) (x + 5) (x + 6) (x + 7) y (x +1) (x + 2) (x + 3) (x + 4) (x + 5) (x + 6) (x + 7) (x + 8) ambos tienen 2 coeficientes impares.

El patrón (4,2,2) siempre se repite. Así podemos simplemente enumerar trillizos. Al final de esta publicación, proporciono el código de Mathematica que solo genera los trillizos. Generó los primeros 256 trillizos en aproximadamente una hora. No ejecuté el temporizador, pero los últimos trillizos tardaban unos 25 segundos en crearse. Esto corresponde a todos sus productos para límites superiores entre 1 y 2048.

El primer triplete es (1,2,1), lo que significa que los primeros 4 valores de Log (2, No) son 1. Luego, el quinto y sexto son 2 y el séptimo y octavo son nuevamente 1.

Para enumerar los valores de No de 2 ^ K + 1 a 2 ^ (K + 1) comenzamos desde K = 3 y escribimos trillizos. El primer triplete después de N = 8 es 2-3-1, estos son los valores de Log (2, No) (Log base 2). Hay 4 de la primera, 2 de la segunda y 2 de la 3ra. El número de entradas es siempre 4–2–2, por lo que un triplete corresponde a 8 N valores distintos. Así tenemos

(N, Log (No)) =

(9,2) (10,2), (11,2), (12,2), (13,3), (14,3), (15,1), (16,1) para el N- Log (No) se empareja a medida que N va de 9 a 16.

Estos 8 valores se resumen en el triplete (2,3,1). El triplete (2,3,1) significa que los primeros 4 valores de lNo son 2, luego los valores 5 y 6 son 3, y finalmente el 7 y 8 son 1.

En general, solo necesitamos los trillizos entre 2 ^ K + 1 y 2 ^ (K + 1). El último triplete antes de 2 ^ K es: (K-2, K-1,1). Del mismo modo, el último triplete antes de 2 ^ (K + 1) es (K-1, K, 2).

Cada triplete corresponde a ocho N distintas, por lo que hay 2 ^ (K-3) tripletes entre 2 ^ K + 1 y 2 ^ (K + 1).

El 2 ^ m th triplete después de N = 2 ^ K es: (m + 2, m + 3,2). Claramente entonces el

2 ^ (m + 1) th triplete después de N = 2 ^ K es (m + 3, m + 4,2).

Los 2 ^ m -1 tripletes entre 2 ^ my 2 ^ (m + 1) -1 se pueden generar agregando (1,1,1) a cada triplete después de 2 ^ K. Aquí enumero los trillizos para N = 2 ^ 8 a N = 2 ^ 9. Estos son los 256 valores de N distintos de 257 a 512. Hay 32 tripletes (porque cada triplete corresponde a 8 valores de N distintos). Primero escribo el triplete y luego alguna anotación, ya sea el valor m si se trata de un triplete 2 ^ m o el triplete anterior del que se deriva (añadiéndole el triplete 1,1,1).

K = 8

2,3,2 (m = 0)

3,4,2 (m = 1)

3,4,3 (2,3,2 + 1,1,1)

452 (m = 2)

343 (2,3,2 + 1,1,1)

453 (3,4,2 + 1,1,1)

454 (3,4,3 + 1,1,1)

562 (m = 3)

343 (2,3,2 + 1,1,1)

453 (3,4,2 + 1,1,1)

454 (3,4,3 + 1,1,1)

563 (4,5,2+ 1,1,1)

454 (3,4,3 + 1,1,1)

564 (4,5,3 + 1,1,1)

565 (4,5,4 + 1,1,1)

672 (m = 4)

343 (Desde aquí hasta el próximo al último trío, comience con los trillizos al principio de la lista y agregue 1,1,1).

453

454

563

454

564

565

673

454

564

565

674

565

675

676

781 (K + 1–2, K + 1–1, 1)

jMax = 255;

ojo = {1, 5, 7};

Tabla [k = 8 j;

Imprimir [Tabla [

Iniciar sesión [2, Count [

OddQ [CoefficientList [Pochhammer [1 + x, k + eye [[i]]], x]],

Verdadero]], {i, 1, 3}]],

{j, 0, jMax}]

Consideremos [matemática] p (x) = \ displaystyle \ prod_ {i = 1} ^ {1001} (x + i) [/ math]. No necesitamos expandir esto para contar los coeficientes impares. Podemos razonarlo.

En el polinomio resultante [matemática] p (x) [/ matemática], escriba [matemática] a_k [/ matemática] para el coeficiente de [matemática] x ^ k [/ matemática], entonces [matemática] p (x) = \ displaystyle \ sum_ {k = 0} ^ {1001} a_k x ^ k [/ math].

Ahora cada [matemática] a_k [/ matemática] es la suma de los coeficientes de todos los términos individuales en [matemática] x ^ k [/ matemática] que surgen de la expansión total del producto. Cada uno de estos términos toma el [matemático] x [/ matemático] o el [matemático] i [/ matemático] de cada factor [matemático] (x + i) [/ matemático] en el producto, tomando el [matemático] x [/ math] de exactamente [math] k [/ math] de los factores [math] (x + i) [/ math] y [math] i [/ math] de los otros [math] (1001-k) [/ matemática] de los factores. Por lo tanto, el coeficiente de cada uno de estos términos individuales en [matemática] x ^ k [/ matemática] se obtiene multiplicando los miembros de un subconjunto de magnitud- [matemática] (1001-k) [/ matemática] de [matemática] \ { 1, 2, 3, \ puntos, 1001 \} [/ matemáticas]. Cada posible subconjunto de magnitud- [matemática] (1001-k) [/ matemática] contribuirá con uno de esos coeficientes, y la suma de todos estos coeficientes nos da [matemática] a_k [/ matemática]. Vamos a configurar [matemáticas] I = \ {1, 2, 3, \ puntos, 1001 \} [/ matemáticas].

Entonces [matemáticas] a_k = \ displaystyle \ sum \ nolimits _ {\ substack {A \ subseteq I \\ \ left \ vert A \ right \ vert = 1001-k}} \ prod \ nolimits_ {i \ in A} i [/ matemáticas]

[math] a_k [/ math] será impar si y solo si un número impar de esos términos individuales tiene coeficientes impares: esto se debe a que un número par de coeficientes impares, junto con cualquier número de coeficientes pares, suman un total par. El coeficiente de cada término individual es el producto de los miembros del subconjunto [matemática] A \ subseteq I [/ matemática] que lo define, y ese producto solo puede ser impar si todos los miembros del subconjunto [matemática] A [ / math] son ​​impares: esto se debe a que incluir uno o más números pares en un producto hace que el resultado sea par.

Esto significa que el coeficiente de cada término individual será impar si y solo si [matemática] A \ subseteq O [/ matemática], donde [matemática] O = \ {1, 3, 5, \ puntos, 1001 \} [/ matemáticas]. Entonces [math] a_k [/ math] será impar si y solo si un número impar de todos los subconjuntos de magnitud [[math] (1001-k) [/ math] posibles de [math] I [/ math] están contenidos por completo en [matemáticas] O [/ matemáticas]. Dado que todos los subconjuntos de [math] O [/ math] también son subconjuntos de [math] I [/ math], esto sucederá solo cuando el número de subconjuntos posibles de magnitud- [math] (1001-k) [/ math] de [matemáticas] O [/ matemáticas] es impar.

Observe que [math] \ left \ vert O \ right \ vert = 501 [/ math], por lo que el número de subconjuntos de magnitud- [math] (1001-k) [/ math] posible de [math] O [/ math] está dada por [math] {501 \ choose 1001-k} = \ frac {501!} {(k-500)! (1001-k)!} [/ math].

Teorema (debido a Lucas): [math] {n \ choose p} [/ math] es impar si y solo si cada bit de la expansión binaria de [math] p [/ math] es menor o igual que el bit correspondiente de la expansión binaria de [math] n [/ math].

(ver Propiedades aritméticas de los coeficientes binomiales I: coeficientes binomiales módulo de potencias primarias, Introducción et seq. , para más discusión y pruebas)

[matemática] 501_ {10} = 111110101_ {2} [/ matemática], por lo que la única forma para que la expansión binaria de [matemática] 1001-k [/ matemática] tenga uno o más bits que no sean menores o iguales que el bit correspondiente de la expansión binaria de [math] 501 [/ math] es para que la expansión binaria de [math] 1001-k [/ math] tenga los 8 bits y / o el conjunto de 2 bits (ya que ambos son cero bits en la expansión binaria de 501) y / o cualquier bit por encima del conjunto de 256 bits . Esto sucede para todos los valores de [matemática] 1001-k [/ matemática] mayores o iguales a 512, y para exactamente tres cuartos de los valores de [matemática] 1001-k [/ matemática] que son menores que 512 ( de los cuales hay, por supuesto, 512). En esos casos, entonces, [math] a_k [/ math] será par, y será impar en los 128 casos restantes.

Por lo tanto, [math] p (x) [/ math] tiene [math] \ boxed {128} \ [/ math] coeficientes impares.


Este método se puede aplicar fácilmente a otros límites del producto. En general, si el límite superior es [matemática] 2n [/ matemática] o [matemática] 2n-1 [/ matemática], [matemática] n \ in \ mathbb {N} [/ matemática], entonces el número de coeficientes impares es el número de valores desde 0 hasta ese límite superior cuyas expansiones binarias solo tienen bits establecidos que también se establecen en la expansión binaria de [math] n [/ math]. Siempre habrá [matemática] 2 ^ {(\ text {número de 1 bits en la expansión binaria de} n)} [/ matemática] coeficientes impares.

Observe en particular que el número de coeficientes impares siempre será una potencia de 2, así como (y por la misma razón) el número de entradas impares en la enésima fila del Triángulo de Pascal siempre será una potencia de 2.

En el ejemplo que consideramos anteriormente, [matemática] n = 501 [/ matemática] y la expansión binaria de 501 tiene 7 1 bits, por lo que el número de coeficientes impares fue [matemática] 2 ^ 7 = 128 [/ matemática].

Podemos escribir esto como un resultado general: el número de coeficientes impares en la expansión polinómica de [math] \ displaystyle \ prod_ {i = 1} ^ {n} (x + i) \ \ n \ in \ mathbb {N} \ \ [/ math] es [math] 2 ^ {\ left (\ text {número de 1 bits en la expansión binaria de} \ left \ lceil \ frac {n} {2} \ right \ rceil \ right)} [/matemáticas].