- .
Zum Beispiel ist die erzeugende Funktion der konstanten Folge die geometrische Reihe
Die Reihe konvergiert für alle und besitzt den Wert
- .
Wegen der Verwendung formaler Potenzreihen spielen allerdings im Allgemeinen Konvergenzfragen keine Rolle – ist lediglich ein Symbol. Diese explizitere Darstellung als Potenzreihe ermöglicht oft Rückschlüsse auf die Folge.
Beispiele
Es gelten folgende Identitäten für die elementaren Funktionen:
- (erzeugende Funktion der Folge der natürlichen Zahlen )
- (erzeugende Funktion der Folge der Quadratzahlen )
- (erzeugende Funktion der geometrischen Folge )
-
-
-
-
-
Mit dem Kürzel Bₙ wird die Bellsche Zahlenfolge dargestellt.
Die erzeugenden Funktionen mancher Zahlenfolgen sind nicht elementar beschaffen. Durch Srinivasa Ramanujan, Richard Dedekind und Leonhard Euler wurden folgende erzeugende Funktionen für die reguläre Partitionszahlenfolge P(n) und die strikte Partitionszahlenfolge Q(n) ermittelt:
-
-
Mit dem Buchstaben ϑ werden die elliptischen Theta-Nullwertfunktionen ausgedrückt.
Manipulation von erzeugenden Funktionen
Stellt man eine Folge als erzeugende Funktion dar, entsprechen bestimmte Manipulationen der Folge entsprechenden Manipulationen der erzeugenden Funktion.
Betrachten wir z. B. die Folge mit der erzeugenden Funktion . Ableiten ergibt
- .
Das entspricht der Folge Multiplikation mit ergibt
- .
Wir erhalten also die Folge
Ableiten einer erzeugenden Funktion entspricht also der Multiplikation des n-ten Gliedes der Folge mit und anschließender Indexverschiebung nach links, Multiplikation mit z entspricht einer Verschiebung der Indizes nach rechts.
Betrachten wir eine weitere Folge mit der erzeugenden Funktion . Multipliziert man mit der erzeugenden Funktion von oben gemäß der Cauchy-Produktformel erhält man:
-
Der n-te Koeffizient des Produkts ist also von der Form . Das ist genau die Partialsumme der ersten Koeffizienten der ursprünglichen erzeugenden Funktion. Die Multiplikation einer erzeugenden Funktion mit liefert somit die Partialsummen.
Eine Übersicht über weitere mögliche Manipulationen liefert die folgende Tabelle:
Folge | erzeugende Funktion |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
ist die erzeugende Funktion der Folge , die der Folge .
Anwendung
Erzeugende Funktionen sind ein wichtiges Hilfsmittel für das Lösen von Rekursionen und Differenzengleichungen sowie für das Zählen von Zahlpartitionen. Die punktweise Multiplikation einer erzeugenden Funktion mit der Identität entspricht der Verschiebung der modellierten Folgeglieder um eine Stelle nach hinten, wobei vorn, als neues Glied mit dem Index , eine angefügt wird. Angenommen, wir haben die Rekursion zu lösen, dann ist , und es gilt für die erzeugende Funktion
-
also
-
Auflösen nach F liefert
-
Wir wissen aber aus dem vorhergehenden Abschnitt, dass dies der Reihe entspricht, also gilt nach Koeffizientenvergleich.
Verschiedene Typen von erzeugenden Funktionen
Es gibt neben der gewöhnlichen erzeugenden Funktion noch weitere Typen von erzeugenden Funktionen. Manchmal erweist es sich als zweckmäßig, Folgen mit Hilfe der folgenden zwei Arten von erzeugenden Funktionen zu betrachten.
Exponentiell erzeugende Funktion
Die exponentiell erzeugende Funktion (oder erzeugende Funktion vom Exponentialtyp) einer Folge ist die Reihe .
Zum Beispiel ist die Exponentialfunktion die exponentiell erzeugende Funktion der Folge
Dirichlet-erzeugende Funktion
Die Dirichlet-erzeugende Funktion einer Folge ist die Reihe . Sie ist benannt nach Peter Gustav Lejeune Dirichlet.
Zum Beispiel ist die Riemannsche Zetafunktion die Dirichlet-erzeugende Funktion der Folge
Wahrscheinlichkeitserzeugende Funktion
Liegen alle zwischen null und eins und summieren sich zu eins auf, so nennt man die erzeugende Funktion dieser Reihe auch wahrscheinlichkeitserzeugenden Funktion. Sie spielt z. B. eine Rolle bei der Berechnung von Erwartungswerten und Varianzen sowie bei der Addition von unabhängigen Zufallsvariablen.
Literatur
This article uses material from the Wikipedia Deutsch article Erzeugende Funktion, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Abrufstatistik · Autoren Der Inhalt ist verfügbar unter CC BY-SA 4.0, sofern nicht anders angegeben. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Deutsch (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.