關于兩類color有序分拆的一個恒等式

郭育紅

（河西學院數學與統計學院，甘肅 張掖　734000）

關于兩類color有序分拆的一個恒等式

郭育紅

（河西學院數學與統計學院，甘肅 張掖734000）

考慮了正整數n的有序分拆中，分部量1有兩種形式的情形，發現正整數n的分部量1有兩種形式的有序分拆數等于第2n+1個Fiboacci數F2n+1.進一步得到了一個涉及正整數n的分部量1有兩種形式的有序分拆數與正整數的n-color有序分拆數之間的一個恒等式.并且給出了正整數n的分部量1有兩種形式的有序分拆數的一個顯式計數公式.

n-color有序分拆；Fibonacco數；恒等式；組合雙射

1　引言

在經典的分拆理論中，MacMahon［1］第一次定義了正整數的有序分拆.即在正整數的分拆中考慮了分部量的次序.例如，4的無序分拆有：

共5個；而 4的有序分拆有：

共 8個.有序分拆也可以表示成向量的形式.例如，上述4的8個有序分拆可記為：

Agarwal和Andrews在文獻［2］中拓廣了正整數無序分拆的概念，給出了正整數的 n-color無序分拆.即在正整數ν的無序分拆中對于每一個分部量n著n種不同的顏色.他們將這n種顏色用下標表示為：n1，n2，···，nn.例如，3的n-color無序分拆有：共 6個.在2000年，Agarwal［3］又定義了n-color有序分拆.例如，3有8個n-color有序分拆：

近年來，對于正整數的 n-color有序分拆的研究產生了許多研究成果［3-13］.關于正整數的n-color有序分拆數有下面的結論.

定理1.1［3］設C（ν）表示ν的n-color有序分拆數，C（m，ν）表示ν分成m個分部量的n-color有序分拆數，C（m，q）和C（q）分別表示C（m，ν）和C（ν）的生成函數.則

這里Fn是第n個Fibonacci數.

定義1.1［3］Fibonacci數列是指：F0=0，F1=1，且滿足：

2013年，Shapcott在文獻［14］中給出了正整數的n-color有序分拆的一種符號表示，他利用一串符號“×”和“-”表示正整數的n-color有序分拆，即對于正整數的n-color有序分拆的一個分部量λi，1≤i≤λ，用一串含有（λ-1）個-”和一個“×”的符號來表示，其中“×”所在的第i個位置表示分部量著第i種顏色；而兩個分部量之間用一個“×”分割.例如，3的一個n-color有序分拆21+11可表示成：

利用這種“×”和“-”符號表示，Shapcott建立了正整數的n-color有序分拆數與正整數的分部量是1或 2的稱為1-2有序分拆的分拆數、分部量是奇數的稱為奇有序分拆的分拆數、分部量大于1的有序分拆數之間的一些恒等式.

2015年，Munagi和Sellers在文獻［15］中給出了正整數的 Inplace有序分拆的幾個恒等式.所謂正整數的有序分拆中分部量λ出現 Inplace j次是指在該分拆中，分部量λ連續出現j次.例如，分拆

就是一個偶分部量出現 Inplace偶數次的有序分拆.

同時，文獻［15］中給出了下面的關于Inplace有序分拆的恒等式.

定理 1.2［15］設n≥1，正整數n的奇分部量出現Inplace偶數次的有序分拆數等于正整數2n的奇分部量有兩種形式的有序分拆數.

在文獻［15］中，作者將奇分部量有兩種形式也看成一類color有序分拆，并將分部量λ有兩種形式表示成：λ，λ?.

本文考慮了正整數n的有序分拆中，分部量1有兩種形式的情形，我們發現正整數n的分部量1有兩種形式的有序分拆數等于第2n+1個Fiboacci數F2n+1.于是結合定理1.1中的（4）式給出的正整數的n-color有序分拆數與 Fibonacci數之間的關系，進而我們研究了這兩類color有序分拆，得到了一個涉及正整數n的分部量1有兩種形式的有序分拆數與正整數的n-color有序分拆數之間的一個恒等式.并且給出了正整數n的分部量1有兩種形式的有序分拆數的一個顯式計數公式.

2　主要結果

首先，討論正整數n的分部量1有兩種形式的有序分拆，我們仍沿用文獻［13］中記號，即用1，1?表示分部量1的兩種形式.我們考慮其生成函數.

第2n+1個 Fibonacci數的生成函數是

于是，有下面的結論.

個Fibonacci數.則

這里ν＞0.

Fibonacci數與正整數的1-2有序分拆數之間存在著熟悉的關系式.

引理 2.1［14］設C1-2（ν）表示正整數 ν的1-2有序分拆數，Fn表示第n個 Fibonacci數.則

這里ν＞0.

自然地，我們考慮正整數n的分部量1有兩種形式的有序分拆與1-2有序分拆之間的關系，容易得到了下面的一個恒等式.

定理 2.2設C21（ν）表示正整數ν的分部量1有兩種形式的有序分拆數，C1-2（ν）表示正整數 ν的1-2有序分拆數.則

這里ν＞0.

我們給出該恒等式的組合雙射證明.

證明我們將正整數ν的分部量1有兩種形式的有序分拆分成以下兩類：

（A）ν的分拆中分部量都是1；

（B）ν的分拆中分部量至少有一個不等于1.

對于（A）類中的有序分拆，按照Munagi和Sellers在文獻［13］對定理1.2的證明中給出的對應關系：即把ν的分拆中分部量1對應成2ν的分拆的分部量2；把分部量1?對應成2ν的分拆中的分部量“1，1”.我們知道，這類分拆對應著2ν的 1-2有序分拆中分部量1出現 Inplace偶數次的分拆.

對于（B）類中的有序分拆，仍然按照Munagi和Sellers的方法，把ν的分拆中分部量1對應成2ν的分拆的分部量2；把分部量1?對應成2ν的分拆中的分部量1，1，把分部量λ＞1對應成2ν的分拆中的分部量2λ.于是我們知道這類分拆對應著2ν的不含大于1的奇分部量，且分部量1出現Inplace偶數次的分拆，但是不包括分拆

這時設

是2ν的不含大于 1的奇分部量，且分部量1出現Inplace偶數次的分拆，我們做如下變換：若λi=1，2，保留該分部量不變；當λi=2k，k＞1時，將λi分拆成：

這樣我們就得到了2ν的1-2有序分拆，且分部量1不是出現Inplace偶數次的分拆.這是因為分拆α中如果有分部量1，則分部量1是出現Inplace偶數次的，而將與分部量1相鄰的偶分部量2k分拆成形式

時，就破壞了分部量1出現的 Inplace偶數性；如果在分拆α中兩個相鄰的分部量都是大于2的偶數λi，λj，此時將λi，λj分拆成形式時，自然破壞了分部量1出現的 Inplace偶數性.

故（B）類中產生了2ν的1-2有序分拆中，分部量1不是出現Inplace偶數次的分拆.顯然，該對應關系是一一的，反之亦然.

綜合（A）類，（B）類知結論成立.接下來我們考慮正整數的n-color有序分拆，由定理1.1中的（4）式，得到下面的推論.

推論 2.1設C（ν）表示正整數ν的n-color有序分拆數，Fn表示第n個Fibonacci數.則

定理2.3設C′（ν）表示正整數ν的右端分部量不是11的n-color有序分拆數，C21（ν）表示正整數ν的分部量1有兩種形式的有序分拆數.則

給出該關系式的組合證明.

證明事實上，由定理2.2我們知道：ν的分部量1有兩種形式的有序分拆對應著2ν的右端分部量不是11的n-color有序分拆.接下來，我們用Shapcott在文獻［12］中給出的方法再建立正整數2ν的1-2有序分拆與正整數ν+1的右端分部量不是11的n-color有序分拆之間的對應關系.對于2ν的任意一個1-2有序分拆，我們將分部量1表示成“×”，分部量2表示成“-”，就得到一個“×”和“-”符號圖.然后在“×”和“-”符號圖中考慮最右端的符號，如果最右端符號是“×”，我們將“×”換成“-”；如果最右端符號是“-”，我們就添上“×”.接下來，在得到的“×”和“-”符號圖中按照從左向右的順序將“×”和“-”符號圖變換成正整數的n-color有序分拆，其中“×”所在的位置j表示分部量著j色，而兩個相鄰的“×”，右邊的一個表示兩個分部量的分割點.這樣我們就得到了ν+1的右端分部量不是11的n-color有序分拆.這樣我們就將ν的分部量1有兩種形式的有序分拆對應到ν+1的右端分部量不是11的n-color有序分拆.反之亦然.故結論成立.

給出一個例子來說明上述對應關系.

例 2.1取ν=3，則3的分部量1有兩種形式的有序分拆數與4的右端分部量不是11的n-color有序分拆之間的對應關系如下：

利用正整數ν的n-color有序分拆的計數公式

還得到了正整數ν的分部量1有兩種形式的有序分拆數C21（ν）的顯式計數公式.推論 2.2設C21（ν）表示正整數ν的分部量1有兩種形式的有序分拆數.則

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2010 MSC:05A17，05A19

A identity about two classes of color compositions

Guo Yuhong
（School of Mathematics and Statistics，Hexi University，Zhangye734000，China）

In this paper，we considered the compositions with the part 1 has two kinds，and found that the number of compositions with the part 1 has two kinds equals the（2n+1）thFibonacci number F2n+1.Furthermore，we obtained an identity between the number of compositions of n when part 1 can be of two kinds and the number of n-color compositions.And we also give an explicit counting formula of the number of compositions of n when part 1 can be of two kinds.

n-color compositions，the Fibonacci number，identity，combinatorial bijection

O157

A

1008-5513（2016）05-0441-07

10.3969/j.issn.1008-5513.2016.05.001

2016-07-22.

國家自然科學基金（11461020）.

郭育紅（1970-），碩士，教授，研究方向：組合數學.