Rekursja 2. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Podobne dokumenty
RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 11

I. Podzielność liczb całkowitych

Relacje rekurencyjne. będzie następująco zdefiniowanym ciągiem:

UKŁADY RÓWNAŃ LINOWYCH

I. Ciągi liczbowe. , gdzie a n oznacza n-ty wyraz ciągu (a n ) n N. spełniający warunek. a n+1 a n = r, spełniający warunek a n+1 a n

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1, zima 2016/17

Znajdowanie pozostałych pierwiastków liczby zespolonej, gdy znany jest jeden pierwiastek

Zadania z Matematyka 2 - SIMR 2008/ szeregi zadania z rozwiązaniami. n 1. n n. ( 1) n n. n n + 4

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2B, lato 2015/16

Stwierdzenie 1. Jeżeli ciąg ma granicę, to jest ona określona jednoznacznie (żaden ciąg nie może mieć dwóch różnych granic).

Wykład 11. a, b G a b = b a,

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna A1, zima 2011/12. Kresy zbiorów. x Z M R

Analiza matematyczna dla informatyków 4 Zajęcia 5

Damian Doroba. Ciągi. 1. Pierwsza z granic powinna wydawać się oczywista. Jako przykład może służyć: lim n = lim n 1 2 = lim.

Twierdzenie Cayleya-Hamiltona

O pewnych zastosowaniach rachunku różniczkowego funkcji dwóch zmiennych w ekonomii

MACIERZE STOCHASTYCZNE

Wzór Taylora. Matematyka Studium doktoranckie KAE SGH Semestr letni 2008/2009 R. Łochowski

Zadania z algebry liniowej - sem. I Liczby zespolone

2 n < 2n + 2 n. 2 n = 2. 2 n 2 +3n+2 > 2 0 = 1 = 2. n+2 n 1 n+1 = 2. n+1

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1A, zima 2012/13. Ciągi.

a 1, a 2, a 3,..., a n,...

SZEREGI LICZBOWE. s n = a 1 + a a n = a k. k=1. aq n = 1 qn+1 1 q. a k = s n + a k, k=n+1. s n = 0. a k lim n

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2 (LUX), lato 2017/18. a n n = 10.

Pierwiastki z liczby zespolonej. Autorzy: Agnieszka Kowalik

KOMBINATORYKA. Oznaczenia. } oznacza zbiór o elementach a, a2,..., an. Kolejność wypisania elementów zbioru nie odgrywa roli.

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Szeregi liczbowe

Analiza matematyczna. Robert Rałowski

Definicja interpolacji

ALGEBRA LINIOWA Informatyka 2015/2016 Kazimierz Jezuita. ZADANIA - Seria 1. Znaleźć wzór na ogólny wyraz ciągu opisanego relacją rekurencyjną: x

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1A, zima 2014/15. n = Rozwiązanie: Stosując wzór na wartość współczynnika dwumianowego otrzymujemy

I kolokwium z Analizy Matematycznej

Parametryzacja rozwiązań układu równań

Wektory Funkcje rzeczywiste wielu. Matematyka Studium doktoranckie KAE SGH Semestr letni 2008/2009 R. Łochowski

Funkcje tworzące - przypomnienie

MATURA 2014 z WSiP. Zasady oceniania zadań

Szeregi liczbowe. Szeregi potęgowe i trygonometryczne.

Podprzestrzenie macierzowe

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2B, lato 2015/16

Ciągi liczbowe wykład 3

Podprzestrzenie macierzowe

1 Układy równań liniowych

Metody badania zbieżności/rozbieżności ciągów liczbowych

Szeregi liczbowe. 15 stycznia 2012

3. Funkcje elementarne

Informatyka Stosowana-egzamin z Analizy Matematycznej Każde zadanie należy rozwiązać na oddzielnej, podpisanej kartce!

KADD Metoda najmniejszych kwadratów

201. a 1 a 2 a 3...a n a 2 1 +a 2 2 +a a 2 n n a 4 1 +a 4 2 +a a 4 n n. a1 + a 2 + a a n 204.

Teoria. a k. Wskaźnik sumowania można oznaczać dowolną literą. Mamy np. a j = a i =

Równania liniowe rzędu drugiego stałych współczynnikach

P π n π. Równanie ogólne płaszczyzny w E 3. Dane: n=[a,b,c] Wówczas: P 0 P=[x-x 0,y-y 0,z-z 0 ] Równanie (1) nazywamy równaniem ogólnym płaszczyzny

Wykład 19. Matematyka 3, semestr zimowy 2011/ grudnia 2011

Zasada indukcji matematycznej. Dowody indukcyjne.

Analiza numeryczna Kurs INP002009W. Wykład 1 Narzędzia matematyczne. Karol Tarnowski A-1 p.223

tek zauważmy, że podobnie jak w dziedzinie rzeczywistej wprowadzamy dla funkcji zespolonych zmiennej rzeczywistej pochodne wyższych rze

Kolorowanie Dywanu Sierpińskiego. Andrzej Szablewski, Radosław Peszkowski

Dwumian Newtona. Agnieszka Dąbrowska i Maciej Nieszporski 8 stycznia 2011

x t 1 (x) o 1 : x s 3 (x) Tym samym S(3) = {id 3,o 1,o 2,s 1,s 2,s 3 }. W zbiorze S(n) definiujemy działanie wzorem

MATEMATYKA (poziom podstawowy) przykładowy arkusz maturalny wraz ze schematem oceniania dla klasy II Liceum

Funkcje tworz ce skrypt do zada«

CAŁKA NIEOZNACZONA. F (x) = f(x) dx.

ma rozkład złożony Poissona z oczekiwaną liczbą szkód równą λ i rozkładem wartości pojedynczej szkody takim, że Pr( Y

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych oraz schematy oceniania zadań otwartych. Matematyka. Poziom podstawowy

METODY NUMERYCZNE dr inż. Mirosław Dziewoński

Egzaminy. na wyższe uczelnie zadania

Prawdopodobieństwo i statystyka

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2, lato 2018/19

Metody numeryczne Laboratorium 5 Info

Ćwiczenia nr 5. TEMATYKA: Regresja liniowa dla prostej i płaszczyzny

Elementy rach. macierzowego Materiały pomocnicze do MES Strona 1 z 7. Elementy rachunku macierzowego

O liczbach naturalnych, których suma równa się iloczynowi

APROKSYMACJA I INTERPOLACJA. funkcja f jest zbyt skomplikowana; użycie f w dalszej analizie problemu jest trudne

Przykładowe zadania dla poziomu rozszerzonego

Numeryczny opis zjawiska zaniku

f '. Funkcja h jest ciągła. Załóżmy, że ciąg (z n ) n 0, z n+1 = h(z n ) jest dobrze określony, tzn. n 0 f ' ( z n

a n 7 a jest ciągiem arytmetycznym.

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1, zima 2016/ n 333))

CIĄGI LICZBOWE. Poziom podstawowy

Wykªad 05 (granice c.d., przykªady) Rozpoczniemy od podania kilku przykªadów obliczania granic ci gów. n an = + dla a > 1. (5.1) lim.

Wyk lad 8 Zasadnicze twierdzenie algebry. Poj. ecie pierścienia

Katalog wymagań programowych z matematyki od absolwenta II klasy (poziom rozszerzony).

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych oraz schematy oceniania zadań otwartych. Matematyka. Poziom podstawowy

Matematyka I. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 11

Funkcja wykładnicza i logarytm

Scenariusz lekcji: Kombinatoryka utrwalenie wiadomości

Wykład 7. Przestrzenie metryczne zwarte. x jest ciągiem Cauchy ego i posiada podciąg zbieżny. Na mocy

Zauważone błędy bardzo proszę zgłaszać mailem lub na ćwiczeniach. Z góry dziękuję :-)

1. Granica funkcji w punkcie

EGZAMIN MATURALNY Z INFORMATYKI MAJ 2012 POZIOM PODSTAWOWY CZĘŚĆ I WYBRANE: Czas pracy: 75 minut. Liczba punktów do uzyskania: 20 WPISUJE ZDAJĄCY

( ) WŁASNOŚCI MACIERZY

c 2 + d2 c 2 + d i, 2

MARIUSZ KAWECKI zbiór zadań dla zainteresowanego matematyką licealisty

Analiza numeryczna Kurs INP002009W. Wykład 4 Rozwiązywanie równań nieliniowych. Karol Tarnowski A-1 p.

7 Liczby zespolone. 7.1 Działania na liczbach zespolonych. Liczby zespolone to liczby postaci. z = a + bi,

Szereg geometryczny. 5. b) b n = 4n 2 (b 1 = 2, r = 4) lub b n = 10 (b 1 = 10, r = 0). 2. jest równa 1 x dla x = 1+ Zad. 3:

Szeregi liczbowe i ich własności. Kryteria zbieżności szeregów. Zbieżność bezwzględna i warunkowa. Mnożenie szeregów.

z przedziału 0,1. Rozważmy trzy zmienne losowe:..., gdzie X

Moduł 4. Granica funkcji, asymptoty

Analiza Matematyczna I dla Inżynierii Biomedycznej Lista zadań

Transkrypt:

Rekursja Materiały pomocicze do wykładu wykładowca: dr Magdalea Kacprzak

Rozwiązywaie rówań rekurecyjych

Jedorode liiowe rówaia rekurecyje

Twierdzeie Niech k będzie ustaloą liczbą aturalą dodatią i iech (*) ozacza zależość rekurecyją między wyrazami ciągu {a()}: (*) a( k) D k- a( k -) D a( D a( ) D a() k 0 k - )... gdzie D 0,..., D k- są ustaloymi liczbami zespoloymi oraz iech a(0), a(),...,a(k-) będą warukami początkowymi.

Twierdzeie Każdy ciąg {a()} spełiający dla 0 zależość (*) jest postaci a() i gdzie m ozacza liczbę różych pierwiastków wielomiau charakterystyczego m W i P() k D k k D k k... D D 0

Twierdzeie Ozaczmy te pierwiastki przez z,... z m zaś ich krotości przez k,... k m odpowiedio. Wtedy W i ma postać: W i (z i ) (C 0 C... C p p C p p ) gdzie p=k i -, zaś C 0,..., C p-, C p są ustaloymi liczbami zespoloymi.

Przykład Rozważmy astępujące jedorode liiowe rówaie rekurecyje a(0) 0, a(), a(), a( 3) a( ) 7 4 a( ) a()

Przykład Wtedy wielomia charakterystyczy tego rówaia ma postać P() 3 7 4

Przykład Poieważ P() ( ) to pierwiastkami są =-/, =-/, 3 =

Przykład Zatem a() (C C ) C 3

Przykład Brakujące współczyiki wyzaczamy z układu trzech rówań liiowych C (C (C C C C ) C ) 4C dla a(0)=0, a()=, a()= 3 a(0) 3 3 a() a()

Przykład Ostateczie C =4/5, C =-9/5, C 3 =9/5 a z tego rozwiązaiem rozważaego rówaia jest a() 4 ( 5 9 ) 5 9 5

Niejedorode liiowe rówaia rekurecyje

Redukcja do rówań jedorodych Rozważmy astępującą zależość rekurecyją a( k) Dk a( k -)... Da( ) D0a() Zauważmy, że B a( k ) Dk a( k)... Da( ) D0a( ) B

Redukcja do rówań jedorodych Odejmując stroami oba rówaia dostajemy D (D k a( k ) - a( k) a( k) (D - D )a( k -)... - D )a( ) k (D 0 k - D )a( ) D a() 0

Redukcja do rówań jedorodych Stąd (D k (D )a( k) (D - D )a( ) a( k ) k (D 0 - D k )a( k -)... - D )a( ) D a() 0

Redukcja do rówań jedorodych Zatem iejedorode liiowe rówaie rekurecyje sprowadziliśmy do jedorodego rówaia rekurecyjego, którego rozwiązaie opisuje wielomia charakterystyczy P() k (D k ) k (D k - D k ) k-... (D - D ) (D 0 - D ) D 0

Przykład Rozważmy astępujące iejedorode liiowe rówaie rekurecyje a(0), a( ) a() 7 4, a( ) a() 3 4 a()

Przykład Wówczas Po odjęciu stroami dostajemy a() ) - a( 4 7 ) a( 4 7 3) a( ) a( ) a( 4 7 3) a( a() ) a( 4 7 ) a(

Przykład Wielomia charakterystyczy tego rówaia ma postać P() 3 4 5 4

Przykład Poieważ P() ( 4 )( ) to pierwiastkami są =-/4, =, =

Przykład Zatem a() C C C 3 4

Przykład Brakujące współczyiki wyzaczamy z układu trzech rówań liiowych dla a(0)=, a()=, a()=3/4 a() 4C C C 4 a() C C C 4 a(0) C C C 3 3 3

Przykład Ostateczie C =4/5, C =-4/5, C 3 = a z tego rozwiązaiem rozważaego rówaia jest a() 4 5 4 4 5

Fukcje tworzące

Defiicja Rozważmy ciąg liczbowy {a()}. Wówczas f() 0 a() azywamy zwykłą fukcją tworzącą lub krótko fukcją tworzącą.

Uwagi Fukcje tworzące mają zatem postać szeregów potęgowych. Dla każdego takiego szeregu istieje liczba rzeczywista R0, zwaa promieiem zbieżości, taka że jeśli <R, to jest o absolutie zbieży, a poadto moża go różiczkować i całkować wyraz po wyrazie dowolą liczbę razy.

Wzór Taylora Zachodzi też wtedy wzór Taylora a() f ()! (0), 0,,...

Uwagi Niestety, gdy liczby a() są zbyt duże, wówczas R=0 i fukcje tworzące stają się bezużytecze. Tak jest a przykład, gdy a()=!. Nietrudo zauważyć, że szereg 0! jest rozbieży dla każdego >0.

Wykładicza fukcja tworząca Aby omiąć te problem, wprowadza się wykładiczą fukcję tworzącą f() 0 a()! której promień zbieżości jest zwykle dodati.

Uwagi Na przykład, jeśli a() jest liczbą wszystkich fukcji ze zbioru -elemetowego w siebie, czyli a()=, to szereg jest rozbieży dla każdego >0,

Uwagi ale szereg! jest zbieży dla wszystkich </e, poieważ <!e.

Uwagi Wykładicze fukcje tworzące stosuje się a ogół w przypadkach, o których wiemy lub spodziewamy się, że a() rośie szybciej iż wykładiczo. Od tej pory będziemy zakładać, że <R.

Przykład Rozważmy ciąg:,,4,8,6, a()=, =0,,... Wówczas fukcja tworząca ciągu { } daa jest wzorem: 0 () f() 0 () () 3... -

Przykład Rozważmy ciąg:,,3,4,5, a()=+, =0,,... Wówczas fukcja tworząca ciągu {+} daa jest wzorem: ' ' 0 0 0 - )' ( ) ( f()

Przykład 3 Rozważmy ciąg: Fukcja tworząca tego ciągu jest skończoą sumą i ma postać k 0 ) ( k f() 0,,..., k a()..., 3 k, k, k, 0 k

Przykład 3 Iymi słowy, dwumia Newtoa (+) k jest zwykłą fukcją tworzącą ciągu k określającego liczbę -wyrazowych kombiacji zbioru k-elemetowego.

Przykład 4 Z drugiej stroy ( ) k k 0 k! (k )!! Tak więc (+) k jest jedocześie wykładiczą fukcją tworzącą ciągu określającego liczbę -wyrazowych wariacji bez powtórzeń ze zbioru k-elemetowego.

Przykład 5 Fukcja f() 0 k! e jest wykładiczą fukcją tworzącą dla liczby -wyrazowych wariacji z powtórzeiami ze zbioru k-elemetowego

Zastosowaia

Rozwiązywaie rówań rekurecyjych. Postać rekurecyja ciągu. Fukcja tworząca ciągu 3. Postać zwarta fukcji tworzącej 4. Rozwiięcie fukcji tworzącej w szereg Taylora 5. Postać jawa ciągu (współczyiki rozwiięcia fukcji tworzącej w szereg to koleje wyrazy ciągu)

Proste a płaszczyźie

Proste a płaszczyźie Na ile spójych obszarów dzieli płaszczyzę prostych, z których żade dwie ie są rówoległe i żade trzy ie przeciają się w jedym pukcie?

Proste a płaszczyźie. Układamy zależość rekurecyją Ozaczmy szukaą liczbę przez a(). Mamy a(0)= i a()=. Prowadząc -tą prostą przetiemy wszystkie - poprzedie, a to ozacza, że przetiemy a dwie części obszarów spójych, zwiększając tym samym liczbę obszarów o.

Proste a płaszczyźie Zatem a()=a(-)+ dla. Określamy fukcję tworzącą Niech f() będzie fukcją tworzącą tego ciągu. Wtedy f() 0 a() a(0) 0 (a( ) )

Proste a płaszczyźie 3. Zajdujemy postać zwartą )' ( a() a() ) a( ) ) (a( a(0) f() 0 0-0 0

Proste a płaszczyźie Stąd f() f() f() ( 0 ( )' )'

Proste a płaszczyźie Zatem czyli f() f() f()(- ) f() (- ) 3

Proste a płaszczyźie 0 f() 0 0 f() 0 0 f() 4. Rozwijamy fukcję tworzącą w szereg

Proste a płaszczyźie 5. Wyzaczamy postać jawą ciągu Ostateczie a()

Proste a płaszczyźie Skorzystaliśmy tutaj z rozwiięcia Taylora ( ) r 0 r gdzie dla dowolej liczby rzeczywistej r r r(r )...(r! )

W szczególości stąd Proste a płaszczyźie ) (! ) (... 4 3 ) ( 3-0 0 0 3 3 3 3 ) ( -3 ) (

Wieża Haoi

Wieża Haoi Niech a() będzie miimalą liczbą ruchów iezbędą do przeiesieia wieży składającej się z krążków.. Układamy zależość rekurecyją a()=a(-)+ oraz a()=

Wieża Haoi. Określamy fukcję tworzącą ) a( ) ) (a( a() a() f()

Wieża Haoi f() a() ) a( f() - 3. Zajdujemy postać zwartą

Wieża Haoi Stąd f() f() f()(- ) f() ( )( - )

Wieża Haoi 4. Rozwijamy fukcję tworzącą w szereg f() (- ) ( )( - ) ( )

Wieża Haoi 5. Wyzaczamy postać jawą ciągu a()= -

Podzbiory bez sąsiadów

Podzbiory bez sąsiadów Ile podzbiorów zbioru []={,,...,}, wliczając zbiór pusty, ie zawiera sąsiedich liczb?

Podzbiory bez sąsiadów. Układamy zależość rekurecyją Ozaczmy szukaą liczbę przez a() i podzielmy wszystkie podzbiory tego typu a dwie klasy: te do których ie ależy liczba, i te do których ależy. Tych pierwszych jest tyle, ile podzbiorów bez sąsiadów zbioru {,...,}, a więc a(-). Tych drugich jest tyle, ile podzbiorów bez sąsiadów zbioru {3,...,}, a więc a(-).

Podzbiory bez sąsiadów Zatem a()=a(-)+a(-) przy warukach początkowych a(0)= i a()=

Podzbiory bez sąsiadów. Określamy fukcję tworzącą Dla a(0)=a()= fukcja tworząca ciągu Fiboacciego przyjmuje postać a(0) a() f() 0 a() (a( ) a( )) (a( ) a( ))

Podzbiory bez sąsiadów f() f() a() a() a() a() a() a() ) a( ) a( )) a( ) (a( f() 0 0 0 0 0 3. Zajdujemy postać zwartą

Podzbiory bez sąsiadów Stąd gdzie a 5 a a 5 a f() 5 a i 5 a

Podzbiory bez sąsiadów 0 5 5 5 5 f() 4. Rozwijamy fukcję tworzącą w szereg 5. Wyzaczamy postać jawą ciągu 5 5 5 5 a()

Twierdzeie o rekursji uiwersalej

Twierdzeie o rekursji uiwersalej Niech a, b> będą stałymi, f:nr + {0} pewą fukcją i iech T() będzie rówaiem rekurecyjym postaci T()=aT(/b)+f(), gdzie /b tratujemy jako /b albo /b wtedy

Twierdzeie o rekursji uiwersalej jeżeli f()=o( log[b]a- ) dla pewej stałej >0, to T()=( log[b]a ) jeżeli f()=( log[b]a ) dla pewej stałej >0, to T()=( log[b]a lg) jeżeli f()=( log[b]a+ ) dla pewej stałej >0, to T()=(f()) pod warukiem, że af(/b)cf() dla pewej stałej c< i wszystkich dostateczie dużych.

Przykład Rozważmy rówaie T()=3T(/3)+ 3 +. Wówczas a=3, b=3, f()= 3 +. Zauważmy, że f() = ( + ) dla =. Zatem T()=(f())=( 3 +) Przyjmujemy, że c=/3: 3f(/3)= 3 /9+ /3( 3 +)=/3f().

Zadaia

Zadaie Wyzaczyć liczbę a() ciągów biarych długości, w których żade dwa zera ie występują obok siebie.

Zadaie a()= ciągi ; 0 a()=3 ciągi 0; 0; a(3)=??

Zadaie a()= ciągi ; 0 a()=3 ciągi 0; 0; a(3)=5 ciągi 0; 0; ; 00; 0 a()=a(-)+a(-) dla >

Zadaie Wielomia charakterystyczy tego rówaia ma postać P() Pierwiastkami tego wielomiau są 5 oraz 5

Zadaie Zatem a() C 5 C 5

Zadaie Brakujące współczyiki wyzaczamy z układu dwóch rówań liiowych dla a()=, a()=3 a() 5 C 5 C a() 5 C 5 C

Zadaie Ostateczie a z tego rozwiązaiem rozważaego rówaia jest 5 5 3 5 5 5 3 5 a() 5 3 5 C oraz 5 3 5 C

Zadaie Wyzaczyć liczbę a() ciągów terarych (złożoych z cyfr 0,,) długości, w których żade dwie jedyki ie występują obok siebie.

Zadaie a()=3 ciągi ; ; 0 a()=8 ciągi 00; 0; 0; 0; ; 0; ; a(3)=??

Zadaie a()=3 ciągi ; ; 0 a()=8 ciągi 00; 0; 0; 0; ; 0; ; a(3)= ciągi 000; 00; 00; 00; 0; 00; 0; 0; 00; 0; 0; 0; ; 0; ; ; 0; 0; 00; ; ; 0

Zadaie a()=a(-)+a(-) dla >

Zadaie Wielomia charakterystyczy tego rówaia ma postać P() Pierwiastkami tego wielomiau są 3 oraz 3

Zadaie Zatem a() C 3 C 3

Zadaie Brakujące współczyiki wyzaczamy z układu dwóch rówań liiowych C C 3 C 3 3 C 3 a() a() dla a()=3, a()=8

Zadaie Ostateczie a z tego rozwiązaiem rozważaego rówaia jest 6 3 3 C oraz 6 3 3 C 3 6 3 3 3 6 3 3 a()

Zadaie 3 Zaleźć postać jawą ciągu (rozwiązaie zagadieia wieży Haoi) a()=a(-)+ oraz a()=, a()=3

Zadaie 3 Wyzaczamy a(+)=a()+ a(+)=a(+)+ i odejmujemy stroami otrzymując a(+)-a(+)=a(+)-a()+- czyli a(+) =3a(+)-a()

Zadaie 3 Wielomia charakterystyczy tego rówaia ma postać P() 3 Pierwiastkami tego wielomiau są Zatem a() oraz C C C C

Zadaie 3 Brakujące współczyiki wyzaczamy z układu dwóch rówań liiowych C C C C a() a() dla a()=, a()=3

Zadaie 3 Ostateczie C oraz C a z tego rozwiązaiem rozważaego rówaia jest a()