16分成四个数的和。如13,1,1,1,有几种分法?分成5个呢?若是17,18等等数呢?有没有通用公式?

如题所述

第1个回答  2013-04-20
这属于组合数学中的整数拆分问题,好像没有直接计算结果的公式,但有解决问题的通用方法。我知道一种用代数知识解决此类问题的方法。详细讲述篇幅很长,我只给你说说关键地方,你可以自己查看有关书籍。
(1)是一个定理:
  将一个正整数n,拆分为【最多k个】、【任意大小(可重复)的】正整数之和的方法数;
与:
  将该正整数n,拆分成【任意多个】、【最大为k的(可重复的)】正整数之和的方法数;
是相等的;
  你的问题属于第一种拆分。当然,你的要求是【恰好分成4个】,而定理的内容是【最多k个】。这种情况在第二种拆分中也有对应方法,只需增加一个条件:
  拆分出的加数中,至少有一个为k;(对于你的题目,就是要至少有一个4)

(2)就是求第二种拆分的方案数:
看下面这个代数式:
  (1 + x + x^2 + x^3 +...)·(1 + x^2 + x^4 + x^6 +...)·(1 + x^3 + x^6 + x^9 +...);
①、第1个多项式是x的自然数——即1的整数倍——次幂的连加;
②、第2个多项式是x的偶数——即2的整数倍——次幂的连加;
③、第3个是x的3的整数倍次幂的连加;
省略号表示它们分别有任意多项;
  这几个式子相乘展开后,会变成x的自然数次幂的连加——与①式的区别是,每一项的系数不同了。就拿 x³ 而言,它的系数为:3。怎么算的呢?——是通过在①、②、③式中分别选取一项,连乘后合并得到的:
  3x³=x·x²·1+x³·1·1+1·1·x³;
对于上式的3项,可以赋予以下意义:
  x·x²·1:整数 3 可拆分为:1个①、1个②、0个③;
  x³·1·1:整数 3 可拆分为:3个①、0个②、0个③;
  1·1·x³:整数 3 可拆分为:0个①、0个②、1个③;
这说明:在展开式中,x的n次项系数,就是整数n按第二种方式拆分的总方案数。

  对于你的问题,我们需要先求:将16拆分为【最大为4】的若干个正整数和的方案数。因此需要将上面的代数式增加第④项:
  1 + x^4 + x^8 + x^12 + x^16;
因为我们已经把n限定为16,所以每个多项式只需选取16次幂以下的项即可。
  另外,你的要求是【恰好分成4项之和】,前面说过,对应第二种拆分,应该增加一个要求:加数4至少出现1次。那就表示,应该排除④中的0次项——1。即变为:
  x^4 + x^8 + x^12 + x^16;
然后最终展开式中,16次项的系数即是你要求的结果。答案是:34。追问

那16次项的系数怎么算呢?

追答

我不知道还有没有更好的方法,我只知道一种笨但有效的方法。先列出式子:
 (1 + x + x^2 +...+ x^16)·(1 + x^2 + x^4 +...+ x^16)·(1 + x^3 + x^6 +...+ x^15)·(x^4 + x^8+...+ x^16);
  该式就是用于求解将16拆分为若干个1、2、3和至少1个4之和的拆分方法及方案数的;同时也用于求解将16拆分为4个数之和的方法及方法数。

  对于上式的展开式,不论是几次项,它最终都是分别从4个子多项式(从左到右分别记之为:①、②、③、④)中各选一项进行相乘的结果,这很类似分4步、从4个箱子中选球的过程。
  因为我们只想要相乘后次数为16的那些项,所以最后几步的选择可能不是任意的,而是有要求的。
  又因为①中包含了0~16各个次数的项,所以不论其他三个子式的结果如何,该式中都有办法找到合适的项与之相配。因此该式应该放在最后一步。同理,项数越少,就越应该排在前面。因此,我们应该按照从右到左的顺序依次选取各个项;
  而且不难发现,当④、③、②式中的项选定后,①中总是有且只有1项可与之配成最终的16次项。所以,我们只需先从④、③中选取,然后看②式中有几个项“可能”与之配成16次项——即前3步配出的总次数≤16,也就知道最终有几种方案了。

(1、从④选16次项;
  此时前3个式子中都只能选择0次项——1,所以:此时只有1种方案;

(2)从④中选12次项;
  此时的次数还差4,需要从前3项中配出来。显然③中可用的项只有{0,3}——均指次数;
(2.1)从③中选0次项:
  此时仍然差4次,要从前2项中配出来;②中可用的项有{0,2,4},共计3项。所以此情形下的方案数有3种;
(2.2)从③中选3次项:
  还差1次,②中可选的项只有{0(次项)},即:1种方案;

(3)④=8;
    还差8;③∈{0,3,6};
(3.1)③=0;
    还差8;②∈{0,2,4,6,8};共计5种;
(3.2)③=3;
    还差5;②∈{0,2,4};共计3种;
(3.3)③=6;
    还差2;②∈{0,2};共计2种;

(4)④=4的情形我就不说了,你应该知道怎么做了吧?

相似回答