2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки


Правила форума


Посмотреть правила форума



Начать новую тему Ответить на тему
 
 Про индексы (и не только) в выражениях с суммами
Сообщение08.11.2020, 04:54 


19/07/19
47
Цитата:
Let $U$ be a universe of objects and let $P = \{p_1, p_2, p_3, \ldots, p_n\}$ be a set of properties that the objects may or may not have. For any $J \subseteq P,$ let $N_{\ge}(J)$ equal the number of objects in $U$ that have the properties in $J$ and possibly others, and $N_=(J)$ -- the number of objects in $U$ that have the properties in $J$ and no others. Show the number of objects in $U$ with none of the properties is $N_=(\emptyset) = \displaystyle{\sum_{J: J\subseteq P}(-1)^{|J|}N_{\ge}(J)}$.


Proof(?) with holes:

Suppose $|J| = 2$. Then some of the $N_=(J)$s are $N_=(\{p_1, p_7\}), \ N_=(\{p_{n-1}, p_n\})$ etc. There are $\binom n2$ such $N_=(J)$s. Generally, if $|J| = j$, then there are $\binom njN_=(J)$ objects all of whose properties are in $J$ meaning $\color{red}{\displaystyle{\sum_{|J| = j}(-1)^jN_=(J) = (-1)^j\binom njN_=(J)}}$. Summing both sides of the expression in $\color{red}{\text{red}}$ above, we have $$\color{blue}{\sum_{j=0}^n\left(\sum_{|J| = j}(-1)^jN_=(J)\right) = \sum_{j=0}^n(-1)^j\binom njN_=(J)}$$

Since removing objects with $N_=(J)$ properties also removes objects with $N_{\ge}(J)$ properties(think of overlapping sets $A, B$ where $x \in A$ can also be in $A \cap B$), we can replace $N_=(J)$s in the expression $\color{blue}{\text{in blue}}$ above with $N_{\ge}(J)$s as follows: $$\color{green}{\sum_{j=0}^n\left(\sum_{|J| = j}(-1)^jN_{\ge}(J)\right) = \sum_{j=0}^n(-1)^j\binom njN_{\ge}(J)}$$


Note that the number of objects in $U$ with none of the properties is $N_=(\emptyset)$ meaning the number of times $N_=(\emptyset)$ includes each object in $U$ is $1$ when the object has none of the properties and $0$ when the object has at least one property. If we can say the same thing about the expression $\color{green}{\text{in green}}$ above, then we can use it instead of $N_=(\emptyset)$.

Now assume an object in $U$ contains none of the properties in $P$. Then $|J| = 0$ meaning $\displaystyle{\sum_{j=0}^n\left(\sum_{|J| = 0}(-1)^0N_{\ge}(\emptyset)\right) = \color{purple}{\sum_{j=0}^nN_{\ge}(\emptyset) = N_{\ge}(\emptyset)}}$. [Here we want to be able to say "the expression $\color{green}{\text{in green}}$ above counts an object with no properties in $J$ only once". Exactly how, though?].

Suppose an object in $U$ contains $m$ properties in $P$ where $1 \le m \le n$. Then $|J| = m.$ Now $\displaystyle{\sum_{j=0}^n\left(\sum_{|J| = m}(-1)^mN_{\ge}(J)\right) = \sum_{j=0}^n\left((-1)^m\binom nmN_{\ge}(J)\right) = \color{brown}{N_{\ge}(J)\sum_{j=0}^n\left((-1)^m\binom nm\right) = N_{\ge}(J) \cdot 0} = 0}$. Thus the expression $\color{green}{\text{in green}}$ above doesn't even count an object with properties in $J$.

----------------------

У данного док-ва по меньшей мере три недостатка. Первый выделен фиолетовым цветом. С одной стороны кажется, что $\sum_{j=0}^nN_\ge(\emptyset)=(n+1)N_\ge(\emptyset)$, но с другой -- у выражения нет индексов. Другой вопрос задан непосредственно за фиолетовым выражением. Третьи недостаток выделен коричневым цветом. Здесь была попытка использовать $\displaystyle{\sum_{j=0}^n(-1)^j\binom nj = 0}$, но индексы в коричневой части не согласуются. Как это можно исправить?

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group