Skip to content

形式幂级数

Formal power series

以系数序列为本体并按 Cauchy 卷积运算、不预设解析收敛的无穷级数。

条目类型
定义

形式陈述

R交换含幺环。形式幂级数的本体是系数序列 (a0,a1,)RN,写作 A(x)=n0anxn。全体形式幂级数记为 R[[x]]。相等与加法逐项定义,乘法采用 Cauchy 卷积:

[xn](A+B)=an+bn,[xn](AB)=k=0nakbnk.

每个给定次数的乘积系数只含有限项,因此不需要收敛概念。级数 A 可逆当且仅当常数项 a0R 中的单位元;逆级数的系数由 a0b0=1k=0nakbnk=0 递归唯一确定。

直觉

形式幂级数不是“尚未检查收敛的函数”,而是一张无限系数表。符号 x 只记录次数,使平移、卷积和递推可以用代数运算表达。因为每次只询问某个固定次数的系数,乘法从来只汇总有限多个贡献;这正是它无需极限也能可靠运算的原因。

例子与边界

在任意交换含幺环上,(1x)(1+x+x2+)=1,所以 (1x)1=n0xn 是形式恒等式,不需要 |x|<1。另一方面,A(B(x)) 的复合并非总能定义:通常要求内层 B 的常数项为零,使每个输出系数只接收有限多个外层项;若外层本来是多项式,则不受这一限制。

形式微分按 A(x)=n1nanxn1 定义,并满足线性与 Leibniz 法则,但它是代数运算,不自动赋予级数数值函数或解析导数。只有系数位于赋范域并另行证明收敛后,才可把同一表达式解释为解析幂级数。

推论与应用

普通生成函数利用 R[[x]] 编码序列;标号对象的乘积若需要分配标签,则常改用指数生成函数。线性递推常转化为有理形式级数,形式对数、指数、反演与复合也可在相应常数项和系数环条件下定义。解析组合学是在这些形式恒等式建立以后,再加入收敛半径与复奇点来估计系数;解析条件是后续结构,不会反向改变系数序列的代数定义。

参考资料
  • Richard P. Stanley, Enumerative Combinatorics, Vol. 1, 2nd ed., Cambridge University Press, 2011,Ch. 1。
  • Nicolas Bourbaki, Algebra II: Chapters 4–7, Springer, 1990,Ch. 4, formal series。
关系图谱11 个相邻概念 · 1 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组