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Aufgabe:

Zeigen Sie, dass \( \left[\begin{array}{c}n \\ n-2\end{array}\right]=\frac{n(n-1)(n-2)(3 n-1)}{24} \) für alle \( n \in \mathbb{N} \) mit \( n \geq 3 \) gilt.


Problem/Ansatz:

Wenn ich richtig liege, hat der Beweis etwas mit Permutation bzw. Stirling Zahl erster Art zu tun. Wie genau ich das jetzt aber zeigen?

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Welche Bedeutung haben die eckigen Klammern?

Das würde ich auch gern wissen !

Durch die eckigen Klammern ist zu erkennen, dass es sich um eine Stirling Zahl der ersten Art handelt. Mit {} ist es eine Sterling Zahl zweiter Art und in () Binomialkoeffizient. Was das jetzt konkret ausmacht weiß ich aber eben auch nicht?

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Hallo,

Das sind die Stirling Zahlen erster Art (siehe A000914). Für die Stirling Zahlen erster Art$$\left[\begin{array}{} n\\ k \end{array}\right]  = s_{n.k}$$gilt die Rekursion$$ \left[\begin{array}{} n+1\\ k \end{array}\right] = \left[\begin{array}{} n\\ k-1 \end{array}\right] + n\cdot \left[\begin{array}{} n\\ k \end{array}\right]\\\left[\begin{array}{} n\\ n \end{array}\right]=1, \quad \left[\begin{array}{} n\\ k \end{array}\right]=0\space \text{für}\space k=0 \lor n \lt k$$Es bietet sich hier an, vorher zu zeigen, dass es sich bei \(s_{n,n-1}\) um die Dreieckszahlen handelt:$$\left[\begin{array}{} n\\ n-1 \end{array}\right] = \triangle_{n-1} = \frac{n}{2}(n-1)\quad\quad n \ge 2$$das ist recht einfach per Induktivem Beweis zu machen. Falls Du da Fragen hast, so melde Dich bitte.

Damit geht man dann in den Induktiven Beweis für den Term aus der Frage. Der Induktionsanfang für \(n=2\) ist $$\left[\begin{array}{} 2\\ 0 \end{array}\right] = \frac{2(2-1)(2-2)(3\cdot 2-1)}{24}=0\space \checkmark $$und der Induktionsschritt:$$\begin{aligned} \left[\begin{array}{} n+1\\ n-1 \end{array}\right] &= \left[\begin{array}{} n\\ n-2 \end{array}\right] + n\cdot \left[\begin{array}{} n\\ n-1 \end{array}\right] \\ &= \frac{n(n-1)(n-2)(3n-1)}{24} + \frac{n^2}{2}(n-1) \\ &= \frac{n(n-1)}{24}\left( (n-2)(3n-1)+ 12n\right) \\ &= \frac{n(n-1)}{24}\left( 3n^2 -7n + 2+ 12n\right) \\ &= \frac{n(n-1)}{24}\left( 3n^2 +3n +2n + 2\right) \\ &= \frac{n(n-1)}{24}\left( 3n(n + 1) + 2(n+1)\right) \\ &= \frac{(n+1)n(n-1)(3n+2)}{24}\\&\text{q.e.d.} \end{aligned}$$

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