How to get recurrence formula of an array by it's generating function ?
Difference between en3 and en4, changed 42 character(s)
[user:zscoder,2020-07-24] introduced [Generating functions in Competitive Programming](https://codeforces.com/blog/entry/77468) in his blog, which give a method to get the formula of general term of a array by it's generating function. ↵

But sometime the generating function is somewhat complicated, for instance, the array http://oeis.org/A054726 which has generating function:↵

$$↵
1 + \frac{3}{2} z - z^2 - \frac{z}{2} \sqrt{1 - 12 z + 4 z^2}↵
$$↵

and we can calculate the first n term by **poly sqrt with fft** in $O(n \log n)$↵

But this array have a recurrence formula:↵
$$↵
a_{n} = \frac{ (12 n - 30) a_{n-1} - (4 n - 16) a_{n-2} }{n-1}↵
$$↵

which will be much easy to calculate.↵

**My question is how can I get recurrence formula by it's generating function in general(or some special form) ?** ↵

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------↵

**I know how to do this now, thanks qwaszx who give me a hint.**↵

If $f(z) = p(z)^{ \frac{1}{m} }$ is generating function of $a_n$, where $p(z)$ is a polynomial. then↵

$$↵
p(z) f'(z) = \frac{1}{m} p(z) p'(z)↵
$$↵

compare the coefficient of $z^n$, and we will get the recurrence formula of $a_n$↵

**Let us calculate the above example**: $f(z) = 1 + \frac{3}{2} z - z^2 - \frac{z}{2} \sqrt{1 - 12 z + 4 z^2}$↵

let $b_n = a_{n+1}$ and $g(z)$ is generating function of $b_n$, then↵

$$↵
g(z) = \sum_{n = 0} ^{\infty} a_{n+1} z ^ {n} = \frac{ f(z) - f(0)}{z} = \frac{3}{2} - z - \frac{1}{2} \sqrt{1 - 12 z + 4 z^2}↵
$$↵

so we get differential of $g(z)$↵

$$↵
g'(z) = -1 - \frac{2z - 3}{\sqrt{1 - 12 z + 4 z^2}} = \frac{3-2z - \sqrt{1 - 12 z + 4 z^2}}{\sqrt{1 - 12 z + 4 z^2}}↵
$$↵

and↵

$$↵
\begin{align}↵
(1 - 12z + 4 z^2) g'(z) 
&
= (3-2z - \sqrt{1 - 12 z + 4 z^2}) (\sqrt{1 - 12 z + 4 z^2}) \\↵
&
= (3 - 2z) (3-2z - 2g(z)) - (1 - 12z + 4 z^2 ) \\↵
&
= (4z - 6) g(z) + 8↵
\end{align}↵
$$↵

compare the coefficient of $z^n$, we have $(n + 1)b_{n+1} - 12 n b_n + 4(n-1)b_{n-1} = 4 b_{n-1} - 6 b_n$, so↵

$$↵
(n+1)a_{n+2} = (12 n - 6) a_{n+1} - (4n - 8) a_n↵
$$↵

so we archive our goal: $a_{n} = \frac{ (12 n - 30) a_{n-1} - (4 n - 16) a_{n-2} }{n-1}$↵

History

 
 
 
 
Revisions
 
 
  Rev. Lang. By When Δ Comment
en4 English jianglyFans 2020-07-25 06:37:06 42
en3 English jianglyFans 2020-07-25 06:24:18 1362
en2 English jianglyFans 2020-07-24 14:57:03 385 Tiny change: 'ction:\n\n3232\n\frac{3}{2}\n\n\n\n' -> 'ction:\n\n$$\n\frac{3}{2}\n$$\n\n\n' (published)
en1 English jianglyFans 2020-07-24 14:13:19 504 Initial revision (saved to drafts)