बेल बहुपद

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साहचर्य गणित में, एरिक टेम्पल बेल के सम्मान में नामित बेल बहुपद का उपयोग सेट विभाजन के अध्ययन में किया जाता है। वे स्टर्लिंग नंबर और बेल नंबर से संबंधित हैं। वे कई अनुप्रयोगों में भी होते हैं, जैसे कि फा डि ब्रूनो के सूत्र में।

परिभाषाएँ

घातीय बेल बहुपद

आंशिक या अपूर्ण घातीय बेल बहुपद बहुपदों की एक त्रिकोणीय सरणी द्वारा दिए गए हैं

जहां गैर-ऋणात्मक पूर्णांकों के सभी अनुक्रम j1, j2, j3, ..., jnk+1 पर योग लिया जाता है, जैसे कि ये दो शर्तें पूरी होती हैं:

 :

योग

nवां पूर्ण चरघातांकी बेल बहुपद कहलाता है।

साधारण बेल बहुपद

इसी प्रकार, आंशिक साधारण बेल बहुपद द्वारा परिभाषित किया गया है

जहां योग गैर-ऋणात्मक पूर्णांकों के सभी अनुक्रम j1, j2, j3, ..., jnk+1 पर चलता है जैसे कि

साधारण बेल बहुपदों को घातीय बेल बहुपदों के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:

सामान्य तौर पर, बेल बहुपद घातीय बेल बहुपद को संदर्भित करता है, जब तक कि अन्यथा स्पष्ट रूप से न कहा गया हो।

संयुक्त अर्थ

घातीय बेल बहुपद एक सेट को विभाजित करने की विधियों से संबंधित जानकारी को कूटबद्ध करता है। उदाहरण के लिए, यदि हम एक सेट {A, B, C} पर विचार करते हैं, तो इसे दो गैर-खाली, गैर-अतिव्यापी उपसमुच्चय में विभाजित किया जा सकता है, जिसे 3 अलग-अलग विधियों से भागों या ब्लॉकों के रूप में भी जाना जाता है:

{{A}, {B, C}}
{{B}, {A, C}}
{{C}, {B, A}}

इस प्रकार, हम इन विभाजनों के बारे में जानकारी को एन्कोड कर सकते हैं

यहाँ, B3,2 की सदस्यताएँ हमें बताता है कि हम 3 तत्वों के साथ सेट के विभाजन को 2 ब्लॉकों में विभाजित करने पर विचार कर रहे हैं। प्रत्येक xi की सबस्क्रिप्ट किसी दिए गए विभाजन में i तत्वों (या आकार i के ब्लॉक) के साथ ब्लॉक की उपस्थिति को दर्शता है। तो यहाँ, x2 दो तत्वों के साथ एक ब्लॉक की उपस्थिति को दर्शता करता है। इसी प्रकार, x1 एकल तत्व वाले ब्लॉक की उपस्थिति को दर्शता है। x का प्रतिपादकij दर्शता है कि एकल विभाजन में आकार i के ऐसे j ब्लॉक हैं। यहाँ, चूँकि दोनों x1 और x2 प्रतिपादक 1 है, यह दर्शता करता है कि दिए गए विभाजन में केवल एक ऐसा ब्लॉक है। एकपद का गुणांक दर्शता करता है कि ऐसे कितने विभाजन हैं। हमारे स्थितियों के लिए, 3 तत्वों के साथ 2 ब्लॉकों में एक सेट के 3 विभाजन हैं, जहां प्रत्येक विभाजन में तत्वों को 1 और 2 के आकार के दो ब्लॉकों में विभाजित किया गया है।

चूँकि किसी भी समुच्चय को एक ही ब्लॉक में केवल एक विधि से विभाजित किया जा सकता है, उपरोक्त व्याख्या का अर्थ होगा कि Bn,1 = xn. इसी प्रकार, चूंकि केवल एक ही विधि है कि n तत्वों वाले एक सेट को n सिंगलटन में विभाजित किया जाए, Bn,n = x1n.

अधिक जटिल उदाहरण के रूप में, विचार करें

यह हमें बताता है कि यदि 6 तत्वों के एक सेट को 2 ब्लॉकों में विभाजित किया जाता है, तो हमारे पास आकार 1 और 5 के ब्लॉक के साथ 6 विभाजन, आकार 4 और 2 के ब्लॉक वाले 15 विभाजन और 3 आकार के 2 ब्लॉक वाले 10 विभाजन हो सकते हैं।

एकपदी में सबस्क्रिप्ट का योग तत्वों की कुल संख्या के बराबर है। इस प्रकार, आंशिक बेल बहुपद में दिखाई देने वाले मोनोमियल्स की संख्या उन विधियों की संख्या के बराबर होती है, जिन्हें पूर्णांक n को k धनात्मक पूर्णांकों के योग के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। यह n के k भागों में पूर्णांक विभाजन के समान है। उदाहरण के लिए, उपरोक्त उदाहरणों में, पूर्णांक 3 को केवल 2+1 के रूप में दो भागों में विभाजित किया जा सकता है। इस प्रकार, B3,2 में केवल एक एकपदी है. चूंकि, पूर्णांक 6 को 5+1, 4+2 और 3+3 के रूप में दो भागों में विभाजित किया जा सकता है। इस प्रकार, B6,2 में तीन एकपदी हैं. वास्तव में, एक मोनोमियल में वेरिएबल्स के सबस्क्रिप्ट वही होते हैं जो पूर्णांक विभाजन द्वारा दिए गए होते हैं, जो विभिन्न ब्लॉकों के आकार को दर्शाते हैं। एक पूर्ण बेल बहुपद Bn में दिखाई देने वाले एकपदों की कुल संख्या इस प्रकार n के पूर्णांक विभाजनों की कुल संख्या के बराबर है।

साथ ही प्रत्येक मोनोमियल की डिग्री, जो मोनोमियल में प्रत्येक चर के घातांक का योग है, सेट में विभाजित ब्लॉकों की संख्या के बराबर है। अर्थात j1 + j2 + ... = k। इस प्रकार, एक पूर्ण बेल बहुपद Bn दिया जाने पर, हम डिग्री k वाले उन सभी एकपदों को एकत्रित करके आंशिक बेल बहुपद Bn,k को अलग कर सकते हैं।

अंत में, यदि हम ब्लॉक के आकार की उपेक्षा करते हैं और सभी xi = x डालते हैं, तो आंशिक बेल बहुपद Bn,k के गुणांकों का योग n तत्वों वाले एक सेट को k ब्लॉकों में विभाजित करने की विधियों की कुल संख्या देगा, जो दूसरी प्रकार की स्टर्लिंग संख्याओं के समान है। साथ ही, पूर्ण बेल बहुपद Bn के सभी गुणांकों का योग हमें n तत्वों के साथ एक सेट को गैर-अतिव्यापी उपसमुच्चय में विभाजित करने की विधियों की कुल संख्या देगा, जो बेल संख्या के समान है।

सामान्य तौर पर, यदि पूर्णांक n एक पूर्णांक विभाजन है जिसमें एक योग है जिसमें 1 j1 बार प्रकट होता है, 2 j2 बार प्रकट होता है, और इसी प्रकार, फिर आकार n के एक सेट के विभाजन की संख्या जो पूर्णांक n के उस विभाजन के लिए ढह जाती है जब सेट के सदस्य अप्रभेद्य हो जाते हैं, बहुपद में संबंधित गुणांक होता है।

उदाहरण

उदाहरण के लिए, हमारे पास है

क्योंकि 6 तत्वों के सेट को 2 ब्लॉक के रूप में विभाजित करने की विधियां हैं

6 के सेट को 5 + 1 के रूप में विभाजित करने की 6 विधि हैं,
6 के सेट को 4 + 2 के रूप में विभाजित करने की 15 विधि, और
6 के सेट को 3 + 3 के रूप में विभाजित करने की 10 विधि हैं।

इसी प्रकार,

क्योंकि 6 तत्वों के सेट को 3 ब्लॉक के रूप में विभाजित करने की विधियां हैं

6 के सेट को 4+1+1 के रूप में विभाजित करने की 15 विधि हैं,
60 6 के सेट को 3+2+1 के रूप में विभाजित करने की विधियां, और
6 के सेट को 2+2+2 के रूप में विभाजित करने की 15 विधि हैं।

गुण

उत्पादक फलन

घातीय आंशिक बेल बहुपदों को इसके उत्पादक फलन के दोहरे श्रृंखला विस्तार द्वारा परिभाषित किया जा सकता है:

दूसरे शब्दों में, k-वी घात के श्रृंखला विस्तार द्वारा समान मात्रा में क्या है:

पूर्ण घातीय बेल बहुपद द्वारा परिभाषित किया गया है, या दूसरे शब्दों में:

इस प्रकार, n-वाँ पूर्ण बेल बहुपद दिया जाता है

इसी प्रकार, साधारण आंशिक बेल बहुपद को उत्पादक फलन द्वारा परिभाषित किया जा सकता है

या, समतुल्य, k-वें घात के श्रृंखला विस्तार द्वारा:

बेल बहुपद उत्पादक फलन के लिए अनुक्रम उत्पन्न करने वाले कार्यों और शक्तियों, अनुक्रम उत्पन्न करने वाले फ़ंक्शन के लघुगणक और घातांक की रचनाओं के विस्तार के लिए फ़ंक्शन परिवर्तन उत्पन्न करने वाले कार्य भी देखें। इनमें से प्रत्येक सूत्र को कॉमेट के संबंधित अनुभागों में उद्धृत किया गया है।[1]


पुनरावृत्ति संबंध

पूर्ण बेल बहुपद को पुनरावृत्ति संबंध के रूप में परिभाषित किया जा सकता है

प्रारंभिक मूल्य के साथ .

आंशिक बेल बहुपदों की भी पुनरावृत्ति संबंध द्वारा दक्षतापूर्वक गणना की जा सकती है:

जहाँ

पूर्ण बेल बहुपद निम्नलिखित पुनरावृत्ति अंतर सूत्र को भी संतुष्ट करते हैं:[2]


संजात

संपूर्ण बेल बहुपदों के आंशिक अवकलज निम्न द्वारा दिए गए हैं[3]

इसी प्रकार, आंशिक बेल बहुपदों के आंशिक डेरिवेटिव द्वारा दिए गए हैं

यदि बेल बहुपदों के तर्क एक आयामी कार्य हैं, तो श्रृंखला नियम का उपयोग प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है


निर्धारक रूप

पूर्ण बेल बहुपद निर्धारकों के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:

और


स्टर्लिंग नंबर और बेल नंबर

बेल बहुपद B का मानn,k(x1,x2,...) कारख़ाने का के अनुक्रम पर पहली प्रकार की एक अहस्ताक्षरित स्टर्लिंग संख्या के बराबर होती है:

इन मानों का योग फैक्टोरियल के अनुक्रम पर पूर्ण बेल बहुपद का मान देता है:

बेल बहुपद B का मानn,k(x1,x2,...) एक के अनुक्रम पर दूसरी प्रकार की स्टर्लिंग संख्या के बराबर होती है:

इन मानों का योग एक के अनुक्रम पर पूर्ण बेल बहुपद का मान देता है:

जो nth बेल नंबर है।

व्युत्क्रम संबंध

यदि हम परिभाषित करते हैं

तो हमारे पास उलटा संबंध है


टचर्ड बहुपद

बहुपद स्पर्श x होने वाले सभी तर्कों पर पूर्ण बेल बहुपद के मान के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:


कनवल्शन पहचान

अनुक्रमों के लिए xn, औरn, n = 1, 2, ..., कनवल्शन को परिभाषित करें:

योग की सीमाएं 1 और n − 1 हैं, न कि 0 और n ।

मान ले अनुक्रम का nवाँ पद हो

तब[4]

उदाहरण के लिए, आइए अपने पास गणना करें

और इस प्रकार,


अन्य पहचान

  • जो ये रही संख्या देता है।
  • जो महत्वपूर्ण फलन देता है।
  • और .
  • संपूर्ण बेल बहुपद द्विपद प्रकार के संबंध को संतुष्ट करते हैं:
यह कॉमटेट की पुस्तक में कारक की चूक को ठीक करता है।।[5]
  • जब ,
  • आंशिक बेल बहुपद के विशेष स्थितियों: