返回题库

不动点极限 II

Fixed Point Limit II

专题
Discrete Math / 离散数学
难度
L4

题目详情

令 FnF_n 表示随机置换 f:Sn→Snf:S_n\to S_n 的不动点(fixed points)数量,其中 Sn={1,2,…,n}S_n=\{1,2,\dots,n\}。

求

lim⁡n→∞P[Fn=5].\lim_{n\to\infty}\mathbb{P}[F_n=5].

已知答案形如 ce\frac{c}{e}(ee 为自然常数),求 cc。

英文原题

Let FnF_n be the number of fixed points of a random permutation f:Sn→Snf: S_n \rightarrow S_n, where Sn={1,2,…,n}S_n = \{1,2,\dots,n\}. Find

lim⁡n→∞P[Fn=5]\lim_{n \rightarrow \infty}\mathbb{P}[F_n = 5]

The answer is in the form

ce\frac{c}{e}

where ee is Euler's constant and cc is a constant. Find cc.

解析

经典结论:随机置换的不动点数 FnF_n 在 n→∞n\to\infty 时分布收敛到 Poisson(1)\mathrm{Poisson}(1)。

因此

lim⁡n→∞P[Fn=5]=e−1155!=15! e.\lim_{n\to\infty}\mathbb{P}[F_n=5]=e^{-1}\frac{1^5}{5!}=\frac{1}{5!\,e}.

所以 c=1120c=\boxed{\frac{1}{120}}。


英文解析

Classic conclusion: The fixed point number of random substitutions FnF_n converges to Poisson(1)\mathrm{Poisson}(1) at n→∞n\to\infty.

Therefore,

lim⁡n→∞P[Fn=5]=e−1155!=15! e.\lim_{n\to\infty}\mathbb{P}[F_n=5]=e^{-1}\frac{1^5}{5!}=\frac{1}{5!\,e}.

So c=1120c=\boxed{\frac{1}{120}}.