第1章预备知识
本章主要介绍冲击模型中用到的一些基本知识,包括组合代数理论、函数论、概率论、随机过程理论、随机点过程理论以及数理统计知识等.本章主要目的是规范概念及符号,所以涉及的命题基本上没有给出证明.本书规定及.此外,除去,阶乘符号只用于为正整数情形,即.加粗正体R表示整个实数域.
1.1组合代数
在对冲击模型计算可靠性指标时,经常要用到一些组合数学公式,特别是在离散时间冲击模型情形中尤其如此.本节给出了冲击模型中常用的一些组合恒等式和不定方程.
1.1.1组合数
本书采用(二)形式表示组合数公式.**组合数对满足n>m的非负整数有定义.
定义1.1.1(**组合数)设
式(1.1.1)中规定了对任意,由于通常
表示从个不同的(无重复)元素中一次性(无序)取m个的取法数,所以我们将称为组合数的基数,称为组合数的取数,将基数与取数的取值范围称为组合数的组合域.
**组合数具有定理1.1.1描述的基本性质.
定理1.1.1设非负整数,则**组合数满足
其中,对偶性也称为对称性,递归性也称为帕斯卡恒等式,单位性也称为单元性.
在实际应用中可能会出现n和m小于0,或者n 常见的一种扩展是采用广义二项式系数扩展得到的广义组合数.为了区别**组合,我们使用组合符号加右下标g来表示广义组合数.
定义1.1.2(广义组合数)设a为任意实数,m为任意整数,规定
广义组合数将组合数的基数扩展到了任意实数,取数扩展到了任意整数.由式(1.1.2)可知,若a为非负整数且则有
所以当将广义组合数的组合域限定到**组合数的组合域时,广义组合数就是**组合数.广义组合数保留了**组合数的大部分性质,为了与**组合数对比,在定理1.1.2中,我们将广义组合数的基数限制到整数情形列举出了广义组合数的基本性质.
定理1.1.2对任意的整数,广义组合数满足
我们看到,广义组合数的递归性不需要格外条件,在其整个组合域上都成立.此外,广义组合数将对偶性扩展到了对n 在冲击模型计算中,通常对基数小于0的情形不需要计数,或者说计数为0,所以下面给出另外一个稍简洁的扩展组合数,我们称之为弱广义组合数,在组合符号加右下标+来表示弱广义组合数.这种弱广义组合数直接对基数为负整数及取数为正整数的组合数规定为0.此外,加强了同一性,只要基数和取数相同,则组合数就为1.弱广义组合数的详细规定如定义1.1.3.
定义1.1.3(弱广义组合数)设,为任意整数,规定
定理1.1.3列举了整数基数情形下的弱广义组合数的基本性质.定理1.1.3对任意的整数弱广义组合数满足
(2)递归性
(5)零元性,
我们看到,弱广义组合数的对偶性不需要格外条件,在其整个组合域上都成立,递归性仅对三种情况不成立,同一性也在其组合域上全部成立.
附表1列举了**组合数、广义组合数与弱广义组合数等三种组合数的异同.在本书后面章节中,涉及的组合数运算基本上是在基数和取数都是非负整数条件下进行的,而广义组合数和弱广义组合数仅在需要表示特殊值时从形式上采用记号来使用.
1.1.2组合恒等式
下面列举冲击模型计算中用到的一些组合恒等式.
定理1.1.4设都为任意的正整数,则
定理1.1.5
(1.1.3)
证明先证的情形,此时式(1.1.3)等号左边,而式(1.1.3)等号右边
所以式(1.1.3)对成立.现设,则
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