如何数烷烃个数
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高中化学有机部分很重要的一点就是怎样数出含有n个碳原子的烷烃个数。众所周知,限制是每个碳原子上连接的其他碳原子数小于等于4个,并且不能成环,不考虑立体异构(连在同一碳原子上的4个原子地位相同)。为了方便叙述,我们不看氢原子数,而只看“碳骨架”。简单数数可知,甲、乙、丙烷1种,丁烷2种,戊烷3种。
n烷有几种,这无疑是个数列a n。现在让我们想方法去找一个方法来获取这个数列的通项。那么,我们就要建立一个靠谱的数学模型。把上面那几种烷的某个适当的碳原子向上一提,你看到什么?没错!一棵树!一棵三叉树。仍然认为上图不像某种乔木的请见维基百科:树(数据结构)。
所以,我们要求的数列也无非就是n个节点的三叉数的数量。查了OEIS可知,数列序号为A000602,前几项是1, 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355, 802, 1858, 4347, 10359, 24894, 60523, 148284, 366319……(注:第一项是a0,无实际意义,方便计算)公式嘛……只有生成函数,没有已知的通项。
既然这里我们遇到了麻烦,不妨转而看看烷烃一卤代物的个数,当然也就等于n醇的个数。
它的数量是A000598,居然是有递推公式的!而且是著名的Pólya证明的。
它的公式是
t0 = 1,
.