我们来看看拉马努金大神对这一类型问题的通用解法吧。(//高能预警//)
本篇回答的思想方法基于拉马努金于1912年(当时还未去剑桥)在印度数学期刊上发表的一篇论文[1]。
而论文中的研究与本问题仍是有些出入的,因此本人将拉马努金的方法稍作改进[2]变为有利于本题的方法。
(尽管如此,这篇文章与他那些壮观的公式相比还是相对初等和简单的!所以一定要往下看,你也能稍微领略大神的思想!读者不妨拿起纸和笔跟我一起往下算!)
首先,面对等幂形式的问题,拉马努金构造了生成函数
,可以知道 用等比级数公式
展开,可以得到
代入题目的条件之后就能得到
其中 为代定系数。而与此同时,生成函数 还可以第二种方式通分写作下面的形式
其中 , 为待定的常数。结合 、 ,可以得到
利用柯西乘积公式,再利用生成函数对应系数相等的原理,可以得到方程组
而 , 共有8个未知数,因此还需要4个方程。(这里的方程不含 、 等参数,是因为它们对我们来说还是未知的)
柯西乘积公式:两个级数的乘法
其中
注意到 是由 通分得到的,所以有
我们知道,根据韦达定理,有
其中 为关于 次数为 的牛顿初等对称多项式。
因此,对比 、 我们可以得到
且 (这里要注意前面的符号!)
根据牛顿初等对称多项式的定义对 , 展开就能证明
这便是8元一次方程组 所缺少的4个方程。联立 , ,容易算出
因此,
以上的方法无疑是给出了此类问题的通用解法,对于更多未知数的情况依然能够套用,可以注意到,上面的方法可以简单地求出任意的牛顿基本对称多项式,同时避免了像 @杨杨 的针对性地、特殊地繁琐构造。(尽管这样是利用了万金油的牛顿对称多项式定理)
牛顿定理:任意关于 的对称多项式都能写成都能表示为牛顿初等对称多项式的代数运算组合。
更进一步,我们如果还要计算对于任意 的
型多项式的值,只需注意到它是生成函数 中 的值,同时,利用柯西乘积公式得到 之后的方程
,由于 的数值已经在之前算出,所以我们可以陆续用递推的方式求出之后 的数值。
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