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OMCB006

OMCB006(G) - 形式的冪級数(母関数)を用いた解法

ユーザー解説 by imabc

 答えは 4a+2b+c+d+2e=1004a+2b+c+d+2e=100 を満たす非負整数 (a,b,c,d,e)(a,b,c,d,e) の組の個数に等しい.よって答えは

[x100]1(1x)2(1x2)2(1x4)=[x100](1+x)2(1+x2)4(1x4)5=[x100]1+2x+5x2+8x3+10x4+12x5+10x6+8x7+5x8+2x9+x10(1x4)5=5×[x92]1(1x4)5+10×[x96]1(1x4)5+[x100]1(1x4)5=5×(274)+10×(284)+(294)=316251\begin{aligned} & [x^{100}] \dfrac{1}{(1-x)^2(1-x^2)^2(1-x^4)} \\ &= [x^{100}] \dfrac{(1+x)^2(1+x^2)^4}{(1-x^4)^5} \\ &= [x^{100}] \dfrac{1+2x+5x^2+8x^3+10x^4+12x^5+10x^6+8x^7+5x^8+2x^9+x^{10}}{(1-x^4)^5} \\ &= 5 \times [x^{92}] \dfrac{1}{(1-x^4)^5} + 10 \times [x^{96}] \dfrac{1}{(1-x^4)^5} + [x^{100}] \dfrac{1}{(1-x^4)^5} \\ &= 5 \times \binom{27}{4} + 10 \times \binom{28}{4} + \binom{29}{4} \\ &= \mathbf{316251} \end{aligned}

 四行目への式変形では冪級数の形で表したとき 1(1x4)5\dfrac{1}{(1-x^4)^5} が次数が 44 の倍数の項しか持たないことを用いた.
 五行目への式変形では 1(1x4)5=i=0(i+44)x4i\dfrac{1}{(1-x^4)^5}=\sum_{i=0}^{\infty}\binom{i+4}{4}x^{4i} を用いた.
 (一般に 1(1x)n=i=0(i+n1n1)xi\dfrac{1}{(1-x)^n}=\sum_{i=0}^{\infty}\binom{i+n-1}{n-1}x^i が成り立つ.)