Delannoy getallen

Beschouw in het vlak de punten P(x,y) met  natuurlijke getallen als coördinaten .Je kan je verplaatsen in het vlak volgens de vectoren (1,0) , (0,1)  en (1,1). Het aantal manieren waarop men vanuit de oorsprong het punt P(m,n) kan bereiken noemt men het Delannoy getal d(m,n), vernoemd naar de Franse legerofficier en amateur wiskundige Henri-Auguste Delannoy (28 sept 1833 – 5 febr 1915). Bij definitie stellen we d(0,0)=1.

Onderstaande tekening laat zien dat er bijvoorbeeld 13 mogelijke manieren zijn om het punt P(2,2) te bereiken:

Een tabel met enkele waarden van de Delannoy getallen :

We geven enkele eigenschappen:

  • d(m,0) = d(0,n) = 1
  • Er is een recursief verband tussen deze getallen: d(m,n) = d(m – 1,n) + d(m,n – 1) + d(m – 1,n – 1): elk getal in bovenstaande tabel is de som van zijn linkerbuur, zijn bovenbuur en het getal linksboven. Dit wordt beter geïllustreerd als we de tabel geven in de vorm van de driehoek van Pascal. ( teken de diagonalen van bovenstaande tabel). Nu is elk getal de som van de driehoek erboven.
  • We stellen de verplaatsingen over (1,0), (0,1) en (1,1) respectievelijk voor door O,N en D. Wanneer we k keer D gebruiken om P(m,n) te bereiken,  moeten we m – k keer O en n – k keer N gebruiken. Om te berekenen op hoeveel manieren dit kan, maken we gebruik van de formule van de herhalingspermutaties : we moeten
    k + (m – k) + (n – k ) = m + n – k symbolen rangschikken, waarvan er k van het soort D zijn , m – k van het soort O en  n – k van het soort N. We vinden dus voor elke waarde van k kleiner of gelijk aan het minimum van m en n als aantal mogelijkheden:

        \[\dfrac{(m+n-k)!}{k! (m-k)! (n-k)!}\]

    In het totaal heb je dan :

        \[\sum_{k=0}^{ min(m,n)}\dfrac{(m+n-k)!}{k! (m-k)! (n-k)!}\]

  • Op de tweede rij en tweede kolom vinden we alle oneven getallen :
    d(m,1) = 2m+1. Dit is gemakkelijk te bewijzen met bovenstaande formule

Gebruik een goede notatie

Het ontbreken van een goede notatie kan de verdere ontwikkeling van een wiskundig begrip tegenhouden. Net zo goed kan een goede notatie  bij het oplossen van een probleem, dit probleem toegankelijker maken en ons naar een goede oplossingsmethode leiden. Het probleem wordt als het ware gecodeerd zodat het veel toegankelijker wordt.

Een voorbeeld:

 

Ik heb 4 kleinkinderen Mirthe (M), Tiebe (T), Joeke (J) en Nienke (N). Op hoeveel manieren kan ik 10 stukken van 2 \euro \ onder hen verdelen?

We kunnen beginnen met een paar voorbeelden:

    \[\begin{array}{c|c|c|c} M&T&J&N\\ \hline xx&xx&xxx&xxx\\ xxxxx&xxxxx&& \end{array}\]

  • Bij de eerste lijn ( xx|xx|xxx|xxx) krijgen Mirthe en Tiebe elk 2 Euro , terwijl Joeke en Nienke elk 3 Euro  krijgen. Op de tweede lijn (xxxxx|xxxxx||) krijgen Mirthe en Tiebe elk 5 Euro en Joeke en Nienke niets.
  • Dus met elke verdeling van de tien munten komt een rijtje van 10 x-en en 3 | en overeen. Dit lijkt een goede notatie voor een verdeling .
  • Omgekeerd komt met elke rij van 10 x-en en 3 | en een verdeling van de 10 stukken van 2 Euro  overeen. Met xxx|xxx|x|xxx geef ik Mirthe, Tiebe en Nienke elk 3 stukken van 2 Euro  en Joeke 1 stuk.
  • Er zijn dus evenveel verdelingen van die 10 muntstukken over mijn kleinkinderen als er dergelijke rijtjes kunnen gevormd worden.
  • Het aantal van dergelijke rijtjes is een herhalingspermutatie van 13 elementen waarvan er 10 van het soort x zijn en 3 van het soort |. Dus zijn er \dfrac{13!}{10!.3!}=260 mogelijke verdelingen.