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  • 奇思妙想:有关取模递推数列的一些有趣性质

    首先定义递推数列:

    对于无限的数列$a[i]$,假设存在一个有限的k,且存在函数$f(x_1,x_2...x_k)$使得任意$i>k$,有$a[i]=f(a_{i-1},a_{i-2}...a_{i-k})$,则称数列a为递推数列。

    如果取一个模数m,限制数列a的元素必须为小于m的正整数,并将上述定义改为$a[i]=f(a_{i-1},a_{i-2}...a_{i-k}) mod m$(当然也要限制f必须映射到整数),则称数列a为模意义下的递推数列。

    这种数列有一些有趣的性质。

    定理1:

    模意义下的递推数列必有循环节。

    我们首先定义循环节,若对于数列a,存在n与r,使得任意i>=n,总有a[i]=a[i+r],则称r为循环节

    证明:

    根据模意义下的递推数列的定义,不妨记任意$i>k$,$a[i]=f(a_{i-1},a_{i-2}...a_{i-k}) mod m$,即a的某一位只与其前k项有关

    显然,如果$a_{p-1}=a_{q-1},a_{p-2}=a_{q-2},a_{p-3}=a_{q-3}...,a_{p-k}=a_{q-k}$,必定有$a_{p}=a_{q}$,显然,|p-q|就是一个循环节

    由于此数列是模m意义下的,那么数列元素只会出现0~m-1共m种,那么连续k个数列元素也只会有$m^k$种形式

    根据鸽巢原理,在这个数列的前$m^k+1$项中,必然存在一对p,q,$p eq q$,有$a_{p-1}=a_{q-1},a_{p-2}=a_{q-2},a_{p-3}=a_{q-3}...,a_{p-k}=a_{q-k}$,此时|p-q|就是一个循环节。

     显然有一个更强的结论,对于模数不为质数的情况,循环节为该递推式每一个因数为模数的循环节的lcm,即质因数或质因数的高次方为因数时的lcm。

    这是使用bm算法求解线性递推并求任意一项的一个前导知识。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/isakovsky/p/11487826.html
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