∏ - 连乘符号(大写派)的性质

1. 乘法交换律性质

对于连乘符号\(\prod_{i = 1}^{n}a_{i}\),如果\(\{a_i\}\)是一个数列,交换其中因子的顺序,连乘的结果不变。即

\(\prod_{i = 1}^{n}a_{i}=\prod_{j = 1}^{n}a_{\sigma(j)}\),其中\(\sigma\)是\(\{1,2,\cdots,n\}\)的一个排列。

例如,对于\(a_1 = 2\),\(a_2 = 3\),\(a_3 = 4\),\(\prod_{i = 1}^{3}a_{i}=2\times3\times4 = 24\)。

如果交换顺序,比如按照\(a_2,a_3,a_1\)的顺序,即\(a_{\sigma(1)} = 3\),\(a_{\sigma(2)} = 4\),\(a_{\sigma(3)} = 2\),

\(\prod_{j = 1}^{3}a_{\sigma(j)}=3\times4\times2 = 24\)。

2. 乘法结合律性质

对于连乘符号\(\prod_{i = 1}^{n}a_{i}\),可以将相邻的因子结合起来进行计算,结果不变。

例如,\(\prod_{i = 1}^{n}a_{i}=\left(\prod_{i = 1}^{k}a_{i}\right)\left(\prod_{i = k + 1}^{n}a_{i}\right)\),其中\(1\leq k < n\)。

例如,对于\(a_1 = 2\),\(a_2 = 3\),\(a_3 = 4\),\(a_4 = 5\),\(\prod_{i = 1}^{4}a_{i}=2\times3\times4\times5 = 120\)。

如果令\(k = 2\),\(\left(\prod_{i = 1}^{2}a_{i}\right)\left(\prod_{i = 3}^{4}a_{i}\right)=(2\times3)\times(4\times5)=6\times20 = 120\)。

3. 分配律性质(与常数相乘)

对于常数\(c\)和数列\(\{a_i\}\),\(c\prod_{i = 1}^{n}a_{i}=\prod_{i = 1}^{n}(ca_{i})\)。

例如,对于\(a_1 = 2\),\(a_2 = 3\),\(c = 4\),\(c\prod_{i = 1}^{2}a_{i}=4\times(2\times3)=4\times6 = 24\),

\(\prod_{i = 1}^{2}(ca_{i})=(4\times2)\times(4\times3)=8\times12 = 24\)。

4. 连乘指标的变换性质

平移性质:设\(k\)为常数,\(\prod_{i = m}^{n}a_{i}=\prod_{j=m + k}^{n + k}a_{j - k}\)。

例如,对于\(a_i = i\),\(m = 1\),\(n = 3\),\(k = 1\),\(\prod_{i = 1}^{3}a_{i}=1\times2\times3 = 6\),\(\prod_{j = 2}^{4}a_{j - 1}\),当\(j = 2\)时,\(a_{j - 1}=a_1 = 1\);当\(j = 3\)时,\(a_{j - 1}=a_2 = 2\);当\(j = 4\)时,\(a_{j - 1}=a_3 = 3\),所以\(\prod_{j = 2}^{4}a_{j - 1}=1\times2\times3 = 6\)。

换元性质(重命名性质):若\(j = f(i)\)是一个一一对应的映射(双射),那么

\(\prod_{i = m}^{n}a_{i}=\prod_{j = f(m)}^{f(n)}a_{f^{-1}(j)}\)(这里\(f^{-1}\)是\(f\)的反函数)。

例如,设\(a_i = i\),\(m = 1\),\(n = 3\),令\(j = i+1\),则\(i = j - 1\),\(\prod_{i = 1}^{3}a_{i}=1\times2\times3 = 6\),\(\prod_{j = 2}^{4}a_{j - 1}\),

当\(j = 2\)时,\(a_{j - 1}=a_1 = 1\);

当\(j = 3\)时,\(a_{j - 1}=a_2 = 2\);

当\(j = 4\)时,\(a_{j - 1}=a_3 = 3\),所以\(\prod_{j = 2}^{4}a_{j - 1}=1\times2\times3 = 6\)。

5. 拆分与合并区间性质

拆分性质:对于整数\(m\),\(n\),\(p\)(\(m\leq n\leq p\)),\(\prod_{i = m}^{p}a_{i}=\left(\prod_{i = m}^{n}a_{i}\right)\left(\prod_{i = n + 1}^{p}a_{i}\right)\)。

例如,对于\(a_1 = 2\),\(a_2 = 3\),\(a_3 = 4\),\(a_4 = 5\),\(\prod_{i = 1}^{4}a_{i}=2\times3\times4\times5 = 120\)。

如果令\(n = 2\),\(\left(\prod_{i = 1}^{2}a_{i}\right)\left(\prod_{i = 3}^{4}a_{i}\right)=(2\times3)\times(4\times5)=6\times20 = 120\)。

合并性质(相反过程):如果有\(\prod_{i = m}^{n}a_{i}\)和\(\prod_{i = n + 1}^{p}a_{i}\),可以合并为\(\prod_{i = m}^{p}a_{i}\),前提是区间是连续的。

数学基础 - 中初数学、高中数学

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