1~nまでの数を1列に並べるときに、i番目にiという数字が来ない順列を名刺順列とか完全順列とか言います。
このような順列の個数をA(n)とすると、
A(n)=n! * Σ_{k=0}^{n} (-1)^k / k!
であるそうです。この導出の仕方を教えて下さい。
ちなみに、A(n)に関する漸化式 A(n)=(n-1)*{A(n-1)+A(n-2)}, A(1)=0, A(2)=1は既に理解していますので、この漸化式の解き方でもいいです。
(この漸化式は1世代前の青チャートで見ました^^;)
この式を用いると、全世界の人が名刺を1枚ずつ持ち寄ってシャッフルしたとき、自分のところに自分の名刺が戻ってくる人が1人もいない確率が1/e=36.8%もあることがわかり、なかなか神秘的なのですが。
No.1ベストアンサー
- 回答日時:
kony0さん、こんにちは。
自然対数の底がこんなところで出てくるなんて不思議ですよね。漸化式まで立てられているのならあとは簡単です。
A(n)=(n-1){A(n-1)+A(n-2)} (1)
について、A(n)=n! B(n)なる新たな数列B(n)を考えます。
n! B(n)=(n-1){(n-1)! B(n-1)+(n-2)! B(n-2)} (2)
整理すると
n(n-1) B(n)=(n-1)^2 B(n-1)+(n-1) B(n-2) (3)
から
n B(n)-(n-1) B(n-1)-B(n-2)=0 (4)
を得ます。これを2項間漸化式に持込むことを考えます。
2項間漸化式に直すと
B(n)-B(n-1)=(-1/n){B(n-1)-B(n-2)} (5)
を得ます。順次、式変形すると
B(n)-B(n-1)=(-1/n){B(n-1)-B(n-2)}=.....=(-1)^(n-2) ((2×1))/n!){B(2)-B(1)} (6)
となります。
また、(5)式の左辺は幸運なことに階差数列になっています。となると、単純に両辺のΣをとる一手です。
B(k)-B(1)=Σ(-1)^(n-2) ((2×1))/n!){B(2)-B(1)} (7)
(両辺の和はn=2からn=kまで取る)
ここにB(2)=1/2, B(1)=0ですから
B(k)=Σ(-1)^(n-2) (1/n!)
=Σ(-1)^n (1/n!) (8)
と求められます。(和はn=2からn=kまで取る)
ここで(-1)^0 (1/0!)+(-1)^1 (1/1!)=0であることを使えば
B(k)=Σ(-1)^n (1/n!) *和は今度は、n=0からn=kまで取る (9)
というスッキリした形に整理できます。
A(n)に直した式はなくてもいいですよね。
関数f(x)=exp(x)のテーラー展開を考え、x=-1を代入すると(8)と同じになります。
ですからご質問の最後の「全世界の人が名刺を・・・」の確率は1/eになるわけですね。
*計算間違いをしているかも知れません、ご自分で式をチェックしながら読んで頂ければ幸いです。
ご回答ありがとうございます。その文字置きはまったく思いつきませんでした。
本当に文字置きだけできてしまえば、あとは綺麗に解けるんですね~。
B(n)ってn個の順列のうち名刺順列になるものの確率を表しているので、立式の段階で(4)式がたてられる考え方がきっとあるはずと思います。そちらのほうは暇なときに考えてみます。この式から出発だと簡単ですしね。
ありがとうございました。
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