Qué función [matemática] F (n) [/ matemática] satisface [matemática] F (n + 2) = F (n + 1) – \ frac {F (n)} {n + 1} [/ matemática] para todos [matemáticas] n \ in \ mathbb {N}? [/ matemáticas]

Probemos algunos valores, y luego tal vez podamos “adivinar y verificar”. Digamos que ponemos F (1) = 1, F (2) = 1. Entonces la fórmula nos da

F (3) = 1-1 / 2 = 1/2,

F (4) = 1/2 – 1/3 = 1/6

F (5) = 1/6 – (1/2) / 4 = 1/6 – 1/8 = 1/24

F (6) = 1/24 – (1/6) / 5 = 1/24 – 1/30 = 1/120

Bueno … esos denominadores parecen familiares, 2, 6, 24, 120, … ¡Apuesto a que el próximo es 6! = 720

F (7) = 1/120 – (1/24) / 6 = 1/120 – 1/144 = 1/720

Bien, ahora tenemos una suposición de que

[matemáticas] F (n) = \ frac {1} {(n-1)!} [/ matemáticas]

Entonces es solo una simple cuestión de probar nuestra suposición por inducción. Tenga en cuenta que se cumple para F (1) y F (2), porque [matemáticas] 0! = 1 [/ matemáticas], y después de eso

[matemáticas] F (n + 2) = F (n + 1) – \ frac {F (n)} {n + 1} [/ matemáticas]

[matemáticas] F (n + 2) = \ frac {1} {n!} – \ frac {1} {(n-1)! (n + 1)} [/ matemáticas]

[matemáticas] F (n + 2) = \ frac {n + 1} {(n + 1)!} – \ frac {n} {(n + 1)!} [/ matemáticas]

[matemáticas] F (n + 2) = \ frac {1} {(n + 1)!} [/ matemáticas]

Ahora, por supuesto, puede elegir un par diferente de valores iniciales y obtener una función diferente que podría ser más difícil de describir. Por ejemplo, si F (1) = 1, F (2) = 2, obtenemos

[matemáticas] \ frac {3} {2!}, \ frac {5} {3!}, \ frac {11} {4!}, \ frac {35} {5!}, \ frac {155} {6 !}, …[/matemáticas]

Los numeradores de esta secuencia parecen estar dados por A067078 – OEIS, lo que sugiere que pueden expresarse en forma cerrada con “factoriales izquierdos”. O podemos elegir F (1) = 0, F (2) = 0 y obtener la función de cero constante. Pero F (1) = 1, F (2) = 1 parece la versión más “natural” de esta recurrencia.

Creo que, según la información proporcionada, la única solución es la solución trivial, es decir, F (n) = 0.

Para ver por qué, tome la derivada de ambos lados con respecto a n:

F ‘= F’ – F ‘/ (n + 1) + F / (n + 1) ^ 2

lo que da

F ‘= F / (n + 1)

que tiene una solución

F (n) = c * (n + 1), con c una constante desconocida.

Mirando la restricción original, la única forma de que esta solución satisfaga la ecuación es para c = 0, y por lo tanto F (n) = 0.

¡Sería muy feliz si un matemático más experto pudiera demostrarme que estaba equivocado!

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