关于第二类斯特林数恒等式$S(n,m) = \sum_{k=m}^n (-1)^{n-k}\binom{n}{k} S(k+1, m+1)$的归纳证明求助
大家好,我正在尝试用数学归纳法证明这个第二类斯特林数的恒等式:
$$S(n,m) = \sum_{k=m}^n (-1)^{n-k}\binom{n}{k} S(k+1, m+1)$$
这里的$S$是第二类斯特林数。
目前我已经通过第二类斯特林数的显式公式完成了证明,推导过程如下:
第二类斯特林数的显式公式为:
$$
S(n,m) = \frac{1}{m!}\sum_{j=0}{m}\binom{m}{j}(-1){m-j}j^n = \sum_{j=0}{m}\frac{(-1){m-j}j^n}{j! (m-j)!}
$$
接下来是恒等式的推导:
\begin{align}
\sum_{k=0}^n (-1)^{n-k}\binom{n}{k} S(k+1, m+1) &=\sum_{k=0}^{n} (-1)^{n-k}\binom{n}{k} \frac{1}{(m+1)!}\sum_{j=0}{m+1}\binom{m+1}{j}(-1){m+1-j}j^{k+1} \
&= \frac{1}{(m+1)!}\sum_{j=0}{m+1}\binom{m+1}{j}(-1){m+1-j}\cdot j\cdot\sum_{k=0}^{n} (-1){n-k}\binom{n}{n-k}jk \
&= \frac{1}{(m+1)!}\sum_{j=0}{m+1}\binom{m+1}{j}(-1){m+1-j}\cdot j(j-1)^n \
&= \sum_{j=0}{m+1}\frac{(-1){m+1-j}(j-1)^n}{(j-1)!(m+1-j)!} \
&= \sum_{j=0}{m}\frac{(-1){m-j}j^n}{j!(m-j)!} = S(n,m)
\end{align}
不过我在尝试用数学归纳法证明这个恒等式的时候遇到了瓶颈,不知道该怎么合理设置归纳假设、完成递推步骤,希望有大佬能指点一下思路,或者给出归纳法证明的具体步骤~
备注:内容来源于stack exchange,提问作者emmpati




