150927

Ruby

k角数定理？(1)

「組合せ論プロムナード」の第5講において以下の内容が載っていた。

「ヤコビの3重積公式」の変数を置き換えると、

「ガウスの4角数定理」および「オイラーの5角数定理」が導ける。

さて、同様の変換を行うことで、

以下のようなk角数定理？のようなものが導ける。

Π(1 - q^((k - 2)n))(1 - q^((k - 2)n - 1))(1 - q^((k - 2)n - k + 3))

= Σ(-1)^m q^(m((k - 2) * m + k - 4) / 2)

この式を確かめてみる。

# m次以下を取り出す
def mul(f_ary, b_ary, m)
  s1, s2 = f_ary.size, b_ary.size
  ary = Array.new(s1 + s2 - 1, 0)
  (0..s1 - 1).each{|i|
    (0..s2 - 1).each{|j|
      ary[i + j] += f_ary[i] * b_ary[j]
    }
  }
  ary[0..m]
end

def lhs(k, n)
  ary = [1]
  # 無限積のうち必要なところだけ取り出す
  # 1 - q^((k - 2)n)
  (k - 2).step(n, k - 2){|i|
    b_ary = Array.new(i + 1, 0)
    b_ary[0], b_ary[-1] = 1, -1
    ary = mul(ary, b_ary, n)
  }
  # 1 - q^((k - 2)n - 1)
  (k - 3).step(n, k - 2){|i|
    b_ary = Array.new(i + 1, 0)
    b_ary[0], b_ary[-1] = 1, -1
    ary = mul(ary, b_ary, n)
  }
  # 1 - q^((k - 2)n - k + 3)
  1.step(n, k - 2){|i|
    b_ary = Array.new(i + 1, 0)
    b_ary[0], b_ary[-1] = 1, -1
    ary = mul(ary, b_ary, n)
  }
  s = ary.size
  # 形を整えておく
  ary += [0] * (n + 1 - s) if s < n + 1
  ary
end

# k角数
def k_number(k, n)
  n * ((k - 2) * n + k - 4) / 2
end

def rhs(k, n)
  ary = Array.new(n + 1, 0)
  i = 0
  j = k_number(k, i)
  while j <= n
    ary[j] = (-1) ** i
    i += 1
    j = k_number(k, i)
  end
  i = -1
  j = k_number(k, i)
  while j <= n
    ary[j] = (-1) ** i
    i -= 1
    j = k_number(k, i)
  end
  ary
end

n = 150
(5..10).each{|k|
  # lhs = rhs となることを確認する（一致したらT、しないならF）
  p (0..n).map{|i| lhs(k, i) == rhs(k, i) ? 'T' : 'F'}
  p [k, lhs(k, n)]
}

出力結果

["T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T"]
[5, [1, -1, -1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]]
["T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T"]
[6, [1, -1, 0, -1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]
["T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T"]
[7, [1, -1, 0, 0, -1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]]
["T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T"]
[8, [1, -1, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]
["T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T"]
[9, [1, -1, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]
["T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T", "T"]
[10, [1, -1, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]