المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
غزوة الحديبية والهدنة بين النبي وقريش
2024-11-01
بعد الحديبية افتروا على النبي « صلى الله عليه وآله » أنه سحر
2024-11-01
المستغفرون بالاسحار
2024-11-01
المرابطة في انتظار الفرج
2024-11-01
النضوج الجنسي للماشية sexual maturity
2024-11-01
المخرجون من ديارهم في سبيل الله
2024-11-01


Subfactorial  
  
2733   11:59 صباحاً   date: 19-5-2019
Author : Cajori, F.
Book or Source : A History of Mathematical Notations, Vol. 2. New York: Cosimo Classics, 2007.
Page and Part : ...


Read More
Date: 24-3-2019 1748
Date: 30-3-2019 1588
Date: 21-5-2019 1386

Subfactorial

 

The nth subfactorial (also called the derangement number; Goulden and Jackson 1983, p. 48; Graham et al. 2003, p. 1050) is the number of permutations of n objects in which no object appears in its natural place (i.e., "derangements").

The term "subfactorial "was introduced by Whitworth (1867 or 1878; Cajori 1993, p. 77). Euler (1809) calculated the first ten terms.

The first few values of !n for n=1, 2, ... are 0, 1, 2, 9, 44, 265, 1854, 14833, ... (OEIS A000166). For example, the only derangements of {1,2,3} are {2,3,1} and {3,1,2}, so !3=2. Similarly, the derangements of {1,2,3,4} are {2,1,4,3}{2,3,4,1}{2,4,1,3}{3,1,4,2}{3,4,1,2}{3,4,2,1}{4,1,2,3}{4,3,1,2}, and {4,3,2,1}, so !4=9.

Sums and formulas for !n include

!n = n!sum_(k=0)^(n)((-1)^k)/(k!)

(1)

= sum_(k=0)^(n)k!(-1)^(n-k)(n; k)

(2)

= sum_(k=0)^(n)(n!(-1)^(n-k))/((n-k)!)

(3)

= (Gamma(n+1,-1))/e

(4)

where n! is a factorial, (n; k) is a binomial coefficient, and Gamma(a,z) is the incomplete gamma function.

Subfactorials are implemented in the Wolfram Language as Subfactorial[n].

Subfactorial

A plot the real and imaginary parts of the subfactorial generalized to any real argument is illustrated above, with the usual integer-valued subfactorial corresponding to nonnegative integer n.

The subfactorials are also called the rencontres numbers and satisfy the recurrence relations

!n = n·!(n-1)+(-1)^n

(5)

!n = (n-1)[!(n-2)+!(n-1)].

(6)

The subfactorial can be considered a special case of a restricted rooks problem.

The subfactorial has generating function

G(x) = (e^(-(1+1/x)))/xEi(1+1/x)

(7)

= sum_(n=0)^(infty)(!n)x^n

(8)

= 1+x^2+2x^3+9x^4+44x^5+265x^6+...,

(9)

where Ei(x) is the exponential integral, and exponential generating function

E(x) = (e^(-x))/(1-x)

(10)

= sum_(n=0)^(infty)(!n)(x^n)/(n!)

(11)

= 1+1/2x^2+1/3x^3+3/8x^4+(11)/(30)x^5+...

(12)

(OEIS A053557 and A053556).

Subfactorials are commonly denoted !nn!` (Graham et al. 2003, p. 194), n^_ (Dörrie 1965, p. 19), d(n) (Pemmaraju and Skiena 2003, p. 106), d_n (Goulden and Jackson 1983, p. 48; van Lint and Wilson 1992, p. 90), or D_n (Riordan 1980, p. 59; Stanley 1997, p. 489), the latter being especially used when viewing them as derangements.

Another equation is given by

 !n=[(n!)/e],

(13)

where k! is the usual factorial and [x] is the nearest integer function. M. Hassani (pers. comm., Oct. 28, 2004) gave the forms

 !n=|_(n!+1)/e_|

(14)

for n>=1 and

 !n=|_(e+e^(-1))n!_|-|_en!_|

(15)

for n!=1, where |_x_| is the floor function.

An integral for !n is given by

 int_(-1)^inftyx^ne^(-(x+1))dx=!n.

(16)

A continued fraction for !n is given by

 !n=(n!)/e+((-1)^n)/(n+2-1/(n+3-2/(n+4-3/(n+5-...)))).

(17)

The numbers of decimal digits in !(10^n) for n=0, 1, ... are 7, 158, 2568, 35660, 456574, 5565709, 65657059, ... (OEIS A114485).

The only prime subfactorial is !3=2.

The only number equal to the sum of subfactorials of its digits is

 148349=!1+!4+!8+!3+!4+!9

(18)

(Madachy 1979).

SubfactorialReImSubfactorialContours

The subfactorial may be analytically continued to the complex plane, as illustrated above.


REFERENCES:

Cajori, F. A History of Mathematical Notations, Vol. 2. New York: Cosimo Classics, 2007.

Dörrie, H. §6 in 100 Great Problems of Elementary Mathematics: Their History and Solutions. New York: Dover, pp. 19-21, 1965.

Euler, L. "Solution quaestionis curiosae ex doctrina combinationum." Mémoires Académie Sciences St. Pétersbourg 3, 57-64, 1809. Reprinted in Opera Omnia, Series Prima, Vol. 7. Leipzig, Germany: Teubner, pp. 435-440, 1915.

Goulden, I. P. and Jackson, D. M. Combinatorial Enumeration. New York: Wiley, 1983.

Graham, R. L.; Grötschel, M.; and Lovász, L. (Eds.). Handbook of Combinatorics, Vol. 2. Cambridge, MA: MIT Press, 2003.

Madachy, J. S. Madachy's Mathematical Recreations. New York: Dover, p. 167, 1979.

Pemmaraju, S. and Skiena, S. Computational Discrete Mathematics: Combinatorics and Graph Theory with Mathematica.Cambridge, England: Cambridge University Press, 2003.

Riordan, J. An Introduction to Combinatorial Analysis. New York: Wiley, 1980.

Sloane, N. J. A. Sequences A000166/M1937, A053556, A053557, and A114485 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Sloane, N. J. A. and Plouffe, S. Figure M1937 in The Encyclopedia of Integer Sequences. San Diego: Academic Press, 1995.

Stanley, R. P. Enumerative Combinatorics, Vol. 1. Cambridge, England: Cambridge University Press, p. 67, 1997.

van Lint, J. H. and Wilson, R. M. A Course in Combinatorics. New York: Cambridge University Press, 1992.

Wells, D. The Penguin Dictionary of Curious and Interesting Numbers. Middlesex, England: Penguin Books, p. 27, 1986.

Whitworth, W. A. Choice and Chance, Two Chapters of Arithmetic, with an Appendix Containing the Algebraical Treatment of Permutations and Combinations Newly Set Forth. Cambridge, England: Deighton, Bell, 1867.

Whitworth, W. A. Messenger Math. 1878.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.