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对于形如 sum from a≤i≤b to f(i)ti (1)的有限和,当t=1时,就是经典的Euler-Maclaurin公式研究的内容。但当t≠1时,研究者甚少。1995年,G.F.C.DeBruyn研究了形如 sum from i=1 to n ipti=1pt+2pt2+…+nptn的所谓“算术——几何级数”的求和公式。接着在1999年和2000年,L.C.Hsh&P.J.-S.Shine和L.C.Hsh&E.L.Tan分别对此给出了若干推广。在此之前,王兴华在1998年曾经给出过(1)的一个一般求和公式(只不过没有用通用的Eulerian函数而是重新定义了一种另外形式的组合工具来表示)。 本文首先用统一的方法证明了高阶可微函数分别利用Bernoulli函数和Eulerian函数表示的两个定理。在此基础上,讨论了这两个公式在快速算法的计算复杂性分析以及若干级数求和(包括(1))等方面的应用。全文共分三章。 第一章在发生函数和Blissard演算的基础上,利用Bernoulli数、Bernoulli多项式和Bernoulli函数或Eulerian数、Eulerian多项式以及Eulerian函数,提出了关于高阶连续可微函数的如下两个新的表示定理: 定理1:设f(z)为在z所涉及区间内的n+1次连续可微函数,则 f(z)=sum from k=0 to n+1 (Bk/k!)[f(k-1)(z+1)-f(k-1)(z)]-(1/(n+1)!)integral from z to z+1 Bn+1*(z-x)f(n+1)(x)dx,其中f(-1)(z)表示f(z)的不定积分,Bk(k=0,1,2,…n+1)和Bn+1*(z)分别是Bernonlli数和Bernonlli函数。 定理2:设f(z)为在z所涉及区间内的n+1次连续可微函数,则 f(z)=sum from k=0 to n ((ak(t)/k!)[f(k)(z)-tf(k)(z+1)]+(t/n!) integral from z to z+1 an*(z-x,t)f(n+1)(x)dx其中t≠1,ak*(z,t)是Eulerian函数,ak(t)=(Ak(t))/((1-t)k+1),Ak(t)为Eulerian多项式。 特别地,当.厂(z)为n次多项式时,还给出了不带余项的Bemoulli表示或Eulerian表示。 上述结果在分析用减半递推技术设计的快速算法和并行算法的效率(复杂性)分析方面有重要应用。特别地,我们研究了关于正值自变量x的未知函数T(x)的差分方程T(x)一ap丁(与+x“f(z)(f(z)为在:所涉及区间内的n+1次连续可微函数,:=109‘,x), (2)在p=q以及p笋q的两种情况下的通解。主要结果如下:定理3:设f(z)为在:所涉及的区间内的n+1次连续可微函数,则有T(x)=其中z二·【c(x)、f‘厂(,、,)咖+赞冬,(*一)(:+1)一毕万f 刃下或k!Ln+1)!刃B刃+;(z一夕)f“,+’)(y+l)dy]=109。x,f(一”(z)表示f(z)的不定积分,B*(k=o,l,2,…n+1)和B二+,(z)分别是Bernonlli数和Bernonlli函数,C(x)表示右半实轴(0,+二)卜满足c(x)一以与的任意函数. a定理4:设.f(约为在z所涉及的区间内的n+1次连续可微函数,则有T(x)=L式中zC(x)x‘’一州夕华尸(:、1) 高k!方f·:(一,,‘,·(一’l“一”’f‘”‘”(,·‘,办‘=109。x,t=a叮一p,a;(:,,)是Eulerian函数,d*(,)= A*(t)(l一z)‘十’ A、(l)为Eulerian多项式。 方程(2)可以做如下解释:一个规模为x的问题,可以以x“厂(:)的计算代价化为。尸个规模为三的同一问题,那么该问题的计算成本(计算复杂性)T(x) a就满足上述递归方程。 第三章讨论第一章中函数的表示定理在求和问题上的应用。主要结果如下:定理5:设f(习为在:所涉及的区间内的。+1次连续可微函数,则艺f(‘+‘)-蕙令【f“一”(二万,一了‘“一”(“,,(n+1)!f‘“B:+l(z一x)f“’‘,’(x)滋,其中万为正整数,f‘一”(z)表示f(z)的不定积分,召*(k=0,l,2,…n+l)和B:+.(z)分别是Bemonlli数和Bemonlli函数。 定理6:设.f(z)为在:所涉及的区间内的n+1次连续可微函数,则当t笋0,l时,有等式艺f(:+‘丫‘一夕蝉[、‘*,(:)一,·、‘*,(:+、)]、奥 简左!n!f‘“a:(z一x,t),一【二一x,f‘n+”(x)去成立,其中万是正整数,a;(z,,)是Eulerian函数,a*(‘)A*(t)(l一r)左十’ A、(t)为Eulerian多项式。 需要指出的是,定理5是独立于定理6的,定理5亦不可由定理6得到,二者不可互推。特别地,利用定理5和定理6,还给出了艺f(i)“(M,N为整数,一巨0三M<N)的求和公式。