今天我们来认识组合数学中一个重要的恒等式---范德蒙恒等式。这个恒等式的表述如下


          

范德蒙恒等式的证明_生成函数


很自然的公式,接下来一起来看看它的证明,在维基百科上给出了两种方法证明,分别如下


(1)组合方法证明

 

    甲班有

范德蒙恒等式的证明_思维方式_02

个同学,乙班有

范德蒙恒等式的证明_维基百科_03

个同学,从两个班中选出

范德蒙恒等式的证明_维基百科_04

个一共有

范德蒙恒等式的证明_思维方式_05

种不同的选法。而换一种思维方式


    从甲班中选取

范德蒙恒等式的证明_思维方式_06

个同学,从乙班中选取

范德蒙恒等式的证明_维基百科_07

个同学,共有

范德蒙恒等式的证明_生成函数_08

种方法,而对所有的

范德蒙恒等式的证明_维基百科_09

    就是

            

范德蒙恒等式的证明_维基百科_10


    可以看出这两种方法应该是相等的,即


            

范德蒙恒等式的证明_维基百科_11


(2)生成函数法证明

 

    由于

范德蒙恒等式的证明_生成函数_12

,对于等式左边有


   

范德蒙恒等式的证明_生成函数_13


    而对于等式右边有


    

范德蒙恒等式的证明_思维方式_14


    左右两边一比较可知


   

范德蒙恒等式的证明_维基百科_11


     成立,证明完毕!



接下来我们看看一些关于范德蒙恒等式的衍生问题。


(1)证明下面恒等式


    

范德蒙恒等式的证明_维基百科_16


证明:


             

范德蒙恒等式的证明_思维方式_17

 

 令

范德蒙恒等式的证明_生成函数_18


范德蒙恒等式的证明_生成函数_19

,那么有


    

范德蒙恒等式的证明_维基百科_20


      证明完毕!



(2)证明下列的恒等式


    

范德蒙恒等式的证明_生成函数_21