Nombres de Stirling de seconde espèce
Rappelons la relation de récurrence vérifiée par les nombres de Stirling de seconde espèce
S(n,k) :
S(n,k)=S(n1,k1) +k.S(n1,k)
Formule explicite. Pour tout entier naturel non nul n, pour tout entier naturel k n,
S(n,k)=1
k!
k
X
j=0
(1)kjÃk
j!jn
Nous démontrons ce théorème par récurrence sur n.
a) C’est évident si n=1 et k=0
Si n=1 et k=1 alors la formule est évidemment vérifiée car on sait que S(1,1) =1 et
car 1
1!
1
X
j=0
(1)1jÃ1
j!j1= −0+1=1.
b) On suppose que la formule est vraie au rang n1 et nous allons la prouver au rang n.
Soit kn. On commence par calculer S(n1,k1) et k.S(n1, k) à l’aide de l’hypothèse
de récurrence :
S(n1,k1) =1
(k1)!
k1
X
j=0
(1)(k1)jÃk1
j!jn1(1)
=
1
(k1)!
k1
X
j=0
(1)kjÃk1
j!jn1(2)
=
1
(k1)!
k
X
j=0
(1)kjÃk1
j!jn1(3)
L’étape (3) dit que, puisque ¡k1
k¢=0, on peut faire aller la somme jusqu’à j=k(ce qui
sera pratique dans la suite).
D’autre part,
k.S(n1,k)=k.1
k!
k
X
j=0
(1)kjÃk
j!jn1(4)
=1
(k1)!
k
X
j=0
(1)kjÃk
j!jn1(5)
A présent, utilisons la relation de récurrence :
S(n,k)=S(n1,k1) +k.S(n1,k) (6)
=1
(k1)!
k
X
j=0
(1)kj"Ãk1
j!+Ãk
j!#jn1(7)
1
Mais on sait d’après la formule de Pascal que Ãk1
j!+Ãk
j!=Ãk1
j1!. D’où
S(n,k)=1
(k1)!
k
X
j=0
(1)kjÃk1
j1!jn1(8)
=1
(k1)!
k
X
j=0
(1)kj(k1)!
(j1)!((k1) (j1))! jn1(9)
=1
(k1)!
k
X
j=0
(1)kj(k1)!
(j1)!(kj)! jn1(10)
(11)
En multipliant le numérateur et le dénominateur par ket j, on obtient
S(n,k)=1
k(k1)!
k
X
j=0
(1)kjk(k1)!
j(j1)!(kj)! jn1.j(12)
=1
k!
k
X
j=0
(1)kjk!
j!(kj)! jn(13)
=1
k!
k
X
j=0
(1)kjÃk
j!jn(14)
CQFD.
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