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Stirling-Zahlen-Rechner

Erste Art · Zweite Art · Bell-Zahlen · Dreieckstabellen

Berechnen Sie S(n,k) für Mengenpartitionen, s(n,k) für Permutationszyklen und B(n) für Bell-Zahlen – mit vollständigen Rekursionsschritten und Dreieckstabellen.

Schnellbeispiele

Was sind Stirling-Zahlen?

Stirling-Zahlen sind zwei Familien ganzer Zahlen aus der Kombinatorik. Sie beschreiben Mengenpartitionen und die Zyklenstruktur von Permutationen. Benannt sind sie nach dem schottischen Mathematiker James Stirling, der sie im 18. Jahrhundert systematisch untersuchte.

Stirling-Zahlen zweiter Art — S(n,k)

S(n,k) zählt die Möglichkeiten, eine Menge aus n verschiedenen Elementen in genau k nichtleere, ungeordnete Teilmengen zu zerlegen. Die zentrale Rekursion lautet:

S(n,k) = k · S(n-1,k) + S(n-1,k-1)

Das n-te Element wird entweder in eine der k vorhandenen Gruppen eingefügt oder bildet eine neue Einzelgruppe. Es gelten S(0,0)=1 und S(n,0)=S(0,k)=0 für positive n und k.

Stirling-Zahlen erster Art — s(n,k)

Die vorzeichenlose Stirling-Zahl erster Art s(n,k) zählt Permutationen von n Elementen mit genau k disjunkten Zyklen. Ihre Rekursion ist:

s(n,k) = (n-1) · s(n-1,k) + s(n-1,k-1)

Das neue Element wird an einer von n−1 Stellen in einen vorhandenen Zyklus eingefügt oder bildet einen eigenen Zyklus.

Bell-Zahlen — B(n)

Die Bell-Zahl B(n) zählt alle Partitionen einer n-elementigen Menge. Sie ist die Summe der Stirling-Zahlen zweiter Art einer Zeile:

B(n) = S(n,0) + S(n,1) + ··· + S(n,n)

Die Folge beginnt mit 1, 1, 2, 5, 15, 52, 203, 877 und 4140. Bell-Zahlen treten in der Wahrscheinlichkeitstheorie, Clusteranalyse und algebraischen Kombinatorik auf.

Verbindung zu fallenden Fakultäten

  • Stirling-Zahlen zweiter Art stellen gewöhnliche Potenzen als Summen fallender Fakultäten dar.
  • Stirling-Zahlen erster Art führen die umgekehrte Transformation aus.
  • Vorzeichenbehaftete Werte erster Art unterscheiden sich durch den Faktor (−1)n−k.

Anwendungen

  • Mengen in Gruppen oder Klassen aufteilen
  • Permutationen nach ihrer Zyklenzahl zählen
  • Momente von Wahrscheinlichkeitsverteilungen bestimmen
  • Belegungsprobleme und erzeugende Funktionen untersuchen

James Stirling

James Stirling (1692–1770) veröffentlichte 1730 sein Werk Methodus Differentialis. Neben den nach ihm benannten Zahlen ist er für die Stirling-Näherung bekannt, mit der das Wachstum der Fakultät präzise abgeschätzt wird.

Häufig gestellte Fragen

Was sind Stirling-Zahlen zweiter Art?
S(n,k) zählt die Partitionen einer n-elementigen Menge in genau k nichtleere, ungeordnete Teilmengen.
Was sind Stirling-Zahlen erster Art?
Die vorzeichenlose Zahl s(n,k) zählt Permutationen von n Elementen mit genau k Zyklen.
Was sind Bell-Zahlen?
B(n) zählt alle Partitionen einer n-elementigen Menge und entspricht der Zeilensumme von S(n,k).
Was gilt für k größer als n?
Der Wert ist null, weil es nicht mehr nichtleere Gruppen oder Zyklen als Elemente geben kann.
Berechnet der Rechner vorzeichenlose Werte erster Art?
Ja. Für die erste Art werden die nichtnegativen kombinatorischen Werte ausgegeben.