Ver el código de «Polinomios de Bell»

{{Para|polinomios de Touchard|la familia de polinomios B<sub>n</sub>''(''x'')'', ocasionalmente llamados polinomios de Bell}}

En [[combinatoria]], los '''polinomios de Bell''', nombrados en honor de [[Eric Temple Bell]], se utilizan en el estudio de las particiones establecidas. Están relacionados con los [[números de Stirling]] y con los [[Número de Bell|números de Bell]]. También aparecen en muchas aplicaciones, como en la [[fórmula de Faà di Bruno]].

==Polinomios de Bell==

===Polinomios de Bell exponenciales===
Los polinomios de Bell exponenciales ''parciales'' o ''incompletos'' son una [[matriz triangular]] de polinomios dados por

: <math>B_{n,k}(x_1,x_2,\dots,x_{n-k+1}) = \sum{n! \over j_1!j_2!\cdots j_{n-k+1}!}
\left({x_1\over 1!}\right)^{j_1}\left({x_2\over 2!}\right)^{j_2}\cdots\left({x_{n-k+1} \over (n-k+1)!}\right)^{j_{n-k+1}},</math>

donde la suma se toma sobre todas las secuencias ''j''<sub>1</sub>, ''j''<sub>2</sub>, ''j''<sub>3</sub>, ..., ''j''<sub>''n''−''k''+1</sub> de números enteros no negativos tales que estas dos condiciones son satisfechas:

: <math>j_1 + j_2 + \cdots + j_{n-k+1} = k, </math>
: <math>j_1 + 2 j_2 + 3 j_3 + \cdots + (n-k+1)j_{n-k+1} = n.</math>

La suma

: <math>B_n(x_1,\dots,x_n)=\sum_{k=1}^n B_{n,k}(x_1,x_2,\dots,x_{n-k+1})</math>

se llama ''n''-ésimo '''polinomio de Bell exponencial completo'''.

===Polinomios de Bell ordinarios===
Del mismo modo, un polinomio de Bell parcial ''ordinario'', en contraste con el polinomio de Bell exponencial habitual definido anteriormente, viene dado por

: <math>\hat{B}_{n,k}(x_1,x_2,\ldots,x_{n-k+1}) = \sum \frac{k!}{j_1! j_2! \cdots j_{n-k+1}!} x_1^{j_1} x_2^{j_2} \cdots x_{n-k+1}^{j_{n-k+1}}, </math>

donde la suma se ejecuta en todas las secuencias ''j''<sub>1</sub>, ''j''<sub>2</sub>, ''j''<sub>3</sub>, ..., ''j''<sub>''n''−''k''+1</sub> de enteros no negativos tales que

: <math>j_1 + j_2 + \cdots + j_{n-k+1} = k,</math>
: <math>j_1 + 2 j_2 + \cdots + (n-k+1)j_{n-k+1} = n.</math>

Los polinomios de Bell ordinarios se pueden expresar en términos de polinomios de Bell exponenciales:
: <math>\hat{B}_{n,k}(x_1,x_2,\ldots,x_{n-k+1}) = \frac{k!}{n!}B_{n,k}(1!\cdot x_1,2!\cdot x_2,\ldots,(n-k+1)!\cdot x_{n-k+1}).</math>

En general, el término polinomio de Bell se refiere al polinomio de Bell exponencial, a menos que se establezca explícitamente lo contrario.

==Significado combinatorio==

El polinomio de Bell exponencial codifica la información relacionada con las formas en que se puede particionar un conjunto. Por ejemplo, si se considera un conjunto {A, B, C}, se puede dividir en dos subconjuntos no vacíos que no se superponen, que también se conoce como partes o bloques, de tres maneras diferentes:

: {{A}, {B, C}}
: {{B}, {A, C}}
: {{C}, {B, A}}

Por lo tanto, se puede codificar la información con respecto a estas particiones como

: <math>B_{3,2}(x_1,x_2) = 3 x_1 x_2. </math>

Aquí, los subíndices de ''B''<sub>3,2</sub> indican que se está considerando la partición del conjunto con 3 elementos en 2 bloques. El subíndice de cada ''x''<sub>i</sub> indica la presencia de un bloque con elementos ''i'' (o bloque de tamaño ''i'') en una partición dada. Entonces aquí, ''x''<sub>2</sub> indica la presencia de un bloque con dos elementos. Del mismo modo, ''x''<sub>1</sub> indica la presencia de un bloque con un solo elemento. El exponente de ''x''<sub>i</sub><sup>j</sup> indica que hay ''j'' bloques de tamaño ''i'' en una sola partición. Aquí, dado que tanto ''x''<sub>1</sub> y ''x''<sub>2</sub> tienen el exponente 1, esto indica que solo hay un bloque de ese tipo en una partición dada. El coeficiente del [[monomio]] indica cuántas particiones hay. En este caso, hay 3 particiones de un conjunto con 3 elementos en 2 bloques, donde en cada partición los elementos se dividen en dos bloques de tamaños 1 y 2.

Como cualquier conjunto se puede dividir en un solo bloque de una sola manera, la interpretación anterior significa que ''B''<sub>''n'',1</sub> = ''x''<sub>''n''</sub>. Del mismo modo, dado que solo hay una forma de dividir un conjunto con  ''n'' elementos en ''n'' bloques, ''B''<sub>''n'',''n''</sub> = ''x''<sub>1</sub><sup>''n''</sup>.

Como un ejemplo más complicado, considérese

: <math>B_{6,2}(x_1,x_2,x_3,x_4,x_5)=6x_5x_1+15x_4x_2+10x_3^2.</math>

Esto indica que si un conjunto con 6 elementos se divide en 2 bloques, entonces se pueden tener 6 particiones con bloques de tamaño 1 y 5, 15 particiones con bloques de tamaño 4 y 2 y 10 particiones con 2 bloques de tamaño 3.

Téngase en cuenta que la suma de los subíndices en un monomio es igual a la cantidad total de elementos. Por lo tanto, el número de monomios que aparecen en el polinomio parcial de Bell es igual al número de maneras en que el entero ''n'' se puede expresar como una suma de enteros positivos ''k''. Esto es lo mismo que la [[partición (teoría de números)|partición]] de ''n'' en ''k'' partes. Por ejemplo, en los ejemplos anteriores, el [[número entero]] 3 puede dividirse en dos partes solo como 2 + 1. Por lo tanto, solo hay un monomio en ''B''<sub>3,2</sub>. Sin embargo, el entero 6 se puede dividir en dos partes como 5 + 1, 4 + 2 y 3 + 3. Por lo tanto, hay tres monomios en ''B''<sub>6,2</sub>. De hecho, los subíndices de las variables en un monomio son los mismos que los dados por la partición entera, indicando los tamaños de los diferentes bloques. El número total de monomios que aparecen en un polinomio de Bell completo ''B<sub>n</sub>'' es por lo tanto igual al número total de particiones enteras de&nbsp;''n''.

También debe tenerse en cuenta que el grado de cada monomio, que es la suma de los exponentes de cada variable en el monomio, es igual al número de bloques en los que se divide el conjunto. Es decir, ''j''<sub>1</sub> + ''j''<sub>2</sub> + ... = ''k''. Por lo tanto, dado un polinomio completo de Bell ''B<sub>n</sub>'', se puede separar el polinomio parcial de Bell ''B<sub>n,k</sub>'' mediante la recopilación de todos los monomios con grado ''k''.

Finalmente, si se hace caso omiso de los tamaños de los bloques y se ponen todos los ''x''<sub>''i''</sub> = ''x'', entonces la suma de los coeficientes del polinomio parcial de Bell ''B''<sub>''n'',''k''</sub> dará el número total de formas que un conjunto con ''n'' elementos se puede dividir en ''k'' bloques, que es el mismo que el [[Números de Stirling de segunda especie|número de Stirling de segunda especie]]. Además, la suma de todos los coeficientes del polinomio de Bell completo ''B<sub>n</sub>'' dará el número total de formas en que un conjunto con ''n'' elementos puede ser particionado en subconjuntos no superpuestos, que es el mismo que el número de Bell.

En general, si el número entero ''n'' es [[Partición (teoría de números)|particionado]] en una suma en la que "1" aparece ''j''<sub>1</sub> veces, "2" aparece ''j''<sub>2</sub> veces, y así sucesivamente, luego el número de [[Partición de un conjunto|particiones de un conjunto]] de tamaño ''n'' que colapsan en esa partición del número entero ''n'' cuando los miembros del conjunto se vuelven indistinguibles es el coeficiente correspondiente en el polinomio.

===Ejemplos===

Por ejemplo, se tiene

: <math>B_{6,2}(x_1,x_2,x_3,x_4,x_5)=6x_5x_1+15x_4x_2+10x_3^2</math>

porque hay

: 6 maneras de dividir un conjunto de 6 como 5&nbsp;+&nbsp;1,
: 15 formas de dividir un conjunto de 6 como 4&nbsp;+&nbsp;2, y
: 10 maneras de dividir un conjunto de 6 como 3&nbsp;+&nbsp;3.

Similarmente,

: <math>B_{6,3}(x_1,x_2,x_3,x_4)=15x_4x_1^2+60x_3x_2x_1+15x_2^3</math>

porque hay

: 15 formas de dividir un conjunto de 6 como 4&nbsp;+&nbsp;1&nbsp;+&nbsp;1,
: 60 maneras de dividir un conjunto de 6 como 3&nbsp;+&nbsp;2&nbsp;+&nbsp;1, y
: 15 formas de dividir un conjunto de 6 como 2&nbsp;+&nbsp;2&nbsp;+&nbsp;2.

==Propiedades==

===Función de generación===
Los polinomios de Bell parciales exponenciales se pueden definir mediante la expansión en una serie doble de su función de generación:

: <math> 
\begin{align}
\Phi(t,u) &= \exp\left( u \sum_{j=1}^\infty x_j \frac{t^j}{j!} \right) = \sum_{n,k \geq 0} B_{n,k}(x_1,\ldots,x_{n-k+1}) \frac{t^n}{n!} u^k\\
 &= 1 + \sum_{n=1}^\infty \frac{t^n}{n!} \left\{ \sum_{k=1}^n u^k B_{n,k}(x_1,\ldots,x_{n-k+1})\right\}
\end{align}
</math>

En otras palabras, por lo que equivale a lo mismo, por la expansión de la serie de la exponencial:
: <math> \frac{1}{k!}\left( \sum_{j=1}^\infty x_j \frac{t^j}{j!} \right)^k = \sum_{n=k}^\infty B_{n,k}(x_1,\ldots,x_{n-k+1}) \frac{t^n}{n!}, \qquad k = 0, 1, 2, \ldots  </math>
 
El polinomio de Bell exponencial completo se define mediante <math>\Phi(t,1)</math>, o en otras palabras:

: <math> \Phi(t,1) = \exp\left( \sum_{j=1}^\infty x_j \frac{t^j}{j!} \right) = \sum_{n=0}^\infty B_n(x_1,\ldots, x_n) \frac{t^n}{n!}.</math>

Por lo tanto, el '''n'''-ésimo polinomio de Bell completo viene dado por
: <math> B_n(x_1,\ldots, x_n) = \left. \left(\frac{\partial}{\partial t}\right)^n \exp\left( \sum_{j=1}^\infty x_j \frac{t^j}{j!} \right) \right|_{t=0}. </math>

Del mismo modo, el polinomio parcial "ordinario" de Bell se puede definir mediante la función generadora
: <math> \hat{\Phi}(t,u) = \exp \left( u \sum_{j=1}^\infty x_j t^j \right) = \sum_{k \leq n} \hat{B}_{n,k}(x_1,\ldots,x_{n-k+1}) t^n \frac{u^k}{k!}.</math>

O, de manera equivalente, por la [[expansión en serie]] de la exponencial

: <math>\left(\sum_{j=1}^\infty x_j t^j\right)^k = \sum_{n=k}^\infty \hat{B}_{n,k}(x_1, \ldots, x_{n-k+1}) t^n. </math>

Vénase también las [[transformaciones generadoras de funciones]] para las expansiones de la función de generación de polinomios de Bell de las composiciones de la secuencia de la [[función generadora]] y [[Potenciación|potencias]], [[logaritmo]]s y [[exponencial|funciones exponenciales]] de una función de generación de secuencia. Cada una de estas fórmulas se cita en las secciones respectivas de Comtet.

===Relaciones de recurrencia===

Los polinomios de Bell completos pueden definirse [[Relación de recurrencia|recurrentemente]]
: <math> B_{n+1}(x_1, \ldots, x_{n+1}) = \sum_{i=0}^n {n \choose i} B_{n-i}(x_1, \ldots, x_{n-i}) x_{i+1}</math>
con el valor inicial <math>B_0 = 1</math>.

Los polinomios de Bell parciales también se pueden calcular de manera eficiente mediante una relación de recurrencia:
: <math> B_{n,k} = \sum_{i=1}^{n-k+1} \binom{n-1}{i-1} x_i B_{n-i,k-1},</math>
donde
: <math> B_{0,0} = 1; </math>
: <math> B_{n,0} = 0 \text{ for } n \geq 1; </math>
: <math> B_{0,k} = 0 \text{ for } k \geq 1. </math>

Los polinomios de Bell completos también satisfacen la siguiente fórmula diferencial de recurrencia:{{Sfn|Alexeev|Pologova|Alekseyev|2017|loc=sect. 4.2}}
: <math>
\begin{align}
B_n(x_1, \ldots, x_n) = \frac{1}{n-1} \left[ \sum_{i=2}^n \right. & \sum_{j=1}^{i-1} (i-1) \binom{i-2}{j-1} x_j x_{i-j}\frac{\partial B_{n-1}(x_1,\dots,x_{n-1})}{\partial x_{i-1}} \\[5pt]
& \left. {} + \sum_{i=2}^n \sum_{j=1}^{i-1} \frac{x_{i+1}}{\binom i j} \frac{\partial^2 B_{n-1}(x_1,\dots,x_{n-1})}{\partial x_j \partial x_{i-j}} \right. \\[5pt]
& \left. {} + \sum_{i=2}^n x_i \frac{\partial B_{n-1}(x_1,\dots,x_{n-1})}{\partial x_{i-1}} \right].
\end{align}
</math>

===Forma determinante===

El polinomio de Bell completo se puede expresar como un [[determinante (matemática)|determinante]]:

: <math>B_n(x_1,\dots,x_n) = \det\begin{bmatrix}x_1 & {n-1 \choose 1} x_2 & {n-1 \choose 2}x_3 & {n-1 \choose 3} x_4 & {n-1 \choose 4} x_5 & \cdots & \cdots & x_n \\  \\
-1 & x_1 & {n-2 \choose 1} x_2 & {n-2 \choose 2} x_3 & {n-2 \choose 3} x_4 & \cdots & \cdots & x_{n-1} \\  \\
0 & -1 & x_1 & {n-3 \choose 1} x_2 & {n-3 \choose 2} x_3 & \cdots & \cdots & x_{n-2} \\  \\
0 & 0 & -1 & x_1 & {n-4 \choose 1} x_2 & \cdots  & \cdots & x_{n-3} \\  \\
0 & 0 & 0 & -1 & x_1 & \cdots & \cdots & x_{n-4} \\  \\
0 & 0 & 0 & 0 & -1 & \cdots & \cdots & x_{n-5} \\  \\
\vdots & \vdots & \vdots &  \vdots & \vdots & \ddots & \ddots & \vdots  \\  \\
0 & 0 & 0 & 0 & 0 & \cdots & -1 & x_1  \end{bmatrix}.</math>

===Números de Stirling y números de Bell===

El valor del polinomio de Bell ''B''<sub>''n'',''k''</sub> (''x''<sub>1</sub>, ''x''<sub>2</sub>, ...) en la secuencia de [[factorial]]es es igual a un [[número de Stirling de primera especie]] sin signo:

: <math>B_{n,k}(0!,1!,\dots,(n-k)!)=c(n,k)=|s(n,k)| = \left[{n\atop k}\right].</math>

El valor del polinomio de Bell ''B''<sub>''n'',''k''</sub> (''x''<sub>1</sub>, ''x''<sub>2</sub>, ...) en la secuencia de unos es igual a un [[Números de Stirling de segunda especie|número de Stirling de segunda especie]]:
: <math>B_{n,k}(1,1,\dots,1)=S(n,k)=\left\{{n\atop k}\right\}.</math>
La suma de estos valores proporciona el valor del polinomio de Bell completo en la secuencia de unos:
: <math>B_n(1,1,\dots,1)=\sum_{k=1}^n B_{n,k}(1,1,\dots,1) = \sum_{k=1}^n \left\{{n\atop k}\right\},</math>
que es el ''n''-ésimo [[número de Bell]].

===Relaciones inversas===
Si definimos

: <math>y_n = \sum_{k=1}^n B_{n,k}(x_1,\ldots,x_{n-k+1}),</math>

entonces tenemos la relación inversa

: <math>x_n = \sum_{k=1}^n (-1)^{k-1} (k-1)! B_{n,k}(y_1,\ldots,y_{n-k+1}).</math>

===Polinomios de Touchard===

{{AP|Polinomios de Touchard}}

El polinomio <math>T_n(x) = \sum_{k=0}^n \left\{{n\atop k}\right\}\cdot x^k</math> de Touchard se puede expresar como el valor del polinomio de Bell completo en todos los argumentos que son ''x'':
: <math>T_n(x) = B_n(x,x,\dots,x).</math>

===Identidad de convolución===

Para las secuencias ''x''<sub>''n''</sub>, ''y''<sub>''n''</sub>, ''n'' = 1, 2, ..., se define un tipo de [[convolución]] por:

: <math>(x \mathbin{\diamondsuit} y)_n = \sum_{j=1}^{n-1} {n \choose j} x_j y_{n-j}.</math>

Téngase en cuenta que los límites de la suma son 1 y ''n''&nbsp;-&nbsp;1, no 0 y ''n''.

Sea <math>x_n^{k\diamondsuit}\,</math> el ''n''-ésimo término de la secuencia

: <math>\displaystyle\underbrace{x\mathbin{\diamondsuit}\cdots\mathbin{\diamondsuit} x}_{k \text{ factors}}.\,</math>

Entonces

: <math>B_{n,k}(x_1,\dots,x_{n-k+1}) = {x_n^{k\diamondsuit} \over k!}.\,</math>

Por ejemplo, calcúlese <math> B_{4,3}(x_1,x_2) </math>. Se tiene que

: <math> x = ( x_1 \ , \ x_2 \ , \ x_3 \ , \ x_4 \ , \dots ) </math>

: <math> x \mathbin{\diamondsuit} x = ( 0,\  2 x_1^2 \ ,\  6 x_1 x_2 \ , \  8 x_1 x_3 + 6 x_2^2 \ , \dots ) </math>

: <math> x \mathbin{\diamondsuit} x \mathbin{\diamondsuit} x = (  0 \ ,\ 0 \  , \ 6 x_1^3 \ , \ 36 x_1^2 x_2 \ , \dots ) </math>

y por lo tanto,

: <math> B_{4,3}(x_1,x_2) = \frac{ ( x \mathbin{\diamondsuit} x \mathbin{\diamondsuit} x)_4 }{3!} = 6 x_1^2 x_2. </math>

==Otras identidades==

* <math>B_{n,k}(1!,2!,\ldots,(n-k+1)!) = \binom{n-1}{k-1} \frac{n!}{k!} = L(n,k)</math> que da el [[número de Lah]].

* <math>B_{n,k}(1,2,3,\ldots,n-k+1) = \binom{n}{k} k^{n-k} </math> que da el [[Idempotencia|número idempotente]].

* Los polinomios de Bell completos satisfacen la relación de tipo binomial:
*: <math> B_n(x_1 + y_1, \ldots, x_n + y_n) = \sum_{i=0}^n {n \choose i} B_{n-i}(x_1, \ldots, x_{n-i})B_i(y_1, \ldots, y_i).</math>

==Ejemplos==

Los primeros polinomios de Bell completos son:

: <math>
\begin{align}
B_0 = {} & 1, \\[8pt] 
B_1(x_1) = {} & x_1, \\[8pt]
B_2(x_1,x_2) = {} & x_1^2 + x_2, \\[8pt]
B_3(x_1,x_2,x_3) = {} & x_1^3 + 3x_1 x_2 + x_3, \\[8pt]
B_4(x_1,x_2,x_3,x_4) = {} & x_1^4 + 6 x_1^2 x_2 + 4 x_1 x_3 + 3 x_2^2 + x_4, \\[8pt]
B_5(x_1,x_2,x_3,x_4,x_5) = {} & x_1^5 + 10 x_2 x_1^3 + 15 x_2^2 x_1 + 10 x_3 x_1^2 + 10 x_3 x_2 + 5 x_4 x_1 + x_5 \\[8pt]
B_6(x_1,x_2,x_3,x_4,x_5,x_6) = {} & x_1^6 + 15 x_2 x_1^4 + 20 x_3 x_1^3 + 45 x_2^2 x_1^2 + 15 x_2^3 + 60 x_3 x_2 x_1 \\
& {} + 15 x_4 x_1^2 + 10 x_3^2 + 15 x_4 x_2 + 6 x_5 x_1 + x_6, \\[8pt]
B_7(x_1,x_2,x_3,x_4,x_5,x_6,x_7) = {} & x_1^7 + 21 x_1^5 x_2 + 35 x_1^4 x_3 + 105 x_1^3 x_2^2 + 35 x_1^3 x_4 \\
& {} + 210 x_1^2 x_2 x_3 + 105 x_1 x_2^3 + 21 x_1^2 x_5 + 105 x_1 x_2 x_4 \\
& {} + 70 x_1 x_3^2 + 105 x_2^2 x_3 + 7 x_1 x_6 + 21 x_2 x_5 + 35 x_3 x_4 + x_7. 
\end{align}</math>

==Aplicaciones==

===La fórmula de Faà di Bruno===
{{AP|Fórmula de Faà di Bruno}}

La [[fórmula de Faà di Bruno]] se puede establecer en términos de polinomios de Bell de la siguiente manera:

: <math>{d^n \over dx^n} f(g(x)) = \sum_{k=1}^n f^{(k)}(g(x)) B_{n,k} \left(g'(x),g''(x), \dots, g^{(n-k+1)}(x)\right).</math>

Del mismo modo, una versión de la [[serie de potencias]] de la fórmula de Faà di Bruno se puede establecer utilizando polinomios de Bell de la siguiente manera. Supóngase que

: <math>f(x)=\sum_{n=1}^\infty {a_n \over n!} x^n \qquad \text{and} \qquad g(x) = \sum_{n=1}^\infty {b_n \over n!} x^n.</math>

Entonces

: <math>g(f(x)) = \sum_{n=1}^\infty
\frac{\sum_{k=1}^n b_k B_{n,k}(a_1,\dots,a_{n-k+1})}{n!} x^n.</math>

En particular, los polinomios de Bell completos aparecen en el exponente de una [[serie formal de potencias]]:

: <math>\exp\left(\sum_{i=1}^\infty {a_i \over i!} x^i \right)
= \sum_{n=0}^\infty {B_n(a_1,\dots,a_n) \over n!} x^n,</math>
que también representa la [[función generadora]] de los polinomios de Bell completos en una secuencia fija de argumentos <math>a_1, a_2, \dots</math>.

===Reversión de la serie===
{{AP|Teorema de inversión de Lagrange}}

Sean dos funciones ''f'' y ''g'' que se expresan en series de potencias formales como

: <math>f(w) = \sum_{k=0}^\infty f_k \frac{w^k}{k!}, \qquad \text{y}  \qquad  g(z) = \sum_{k=0}^\infty g_k \frac{z^k}{k!},</math>

tal que ''g'' es el inverso compositivo de ''f'' definido por ''g'' (''f'' (''w'')) = ''w'' o ''f'' (''g'' (''z'')) = ''z''. Si ''f''<sub>0</sub> = 0 y ''f''<sub>1</sub> ≠ 0, entonces una forma explícita de los coeficientes de la inversa se puede dar en términos de polinomios de Bell como{{sfn|Charalambides|2002|p=437|loc=Eqn (11.43)}}

: <math> g_n = \frac{1}{f_1^n} \sum_{k=1}^{n-1} (-1)^k n^{\bar{k}} B_{n-1,k}(\hat{f}_1,\hat{f}_2,\ldots,\hat{f}_{n-k}), \qquad n \geq 2, </math>

con <math> \hat{f}_k = \frac{f_{k+1}}{(k+1)f_{1}},</math> y <math>n^{\bar{k}} = n(n+1)\cdots (n+k-1) </math> es el factorial ascendente, y <math>g_1 = \frac{1}{f_{1}}. </math>

===Expansión asintótica de integrales de tipo Laplace===
Considérese la integral de la forma

: <math>I(\lambda) = \int_a^b e^{-\lambda f(x)} g(x) \, \mathrm{d}x, </math>

donde (''a'', ''b'') es un intervalo real (finito o infinito), λ es un parámetro positivo grande y las funciones ''f'' y ''g'' son continuas. Sea ''f'' con un mínimo único en [''a'', ''b''] que se produce en ''x''&nbsp;=&nbsp;''a''. Se asume que cuando ''x''&nbsp;→&nbsp;''a''<sup>+</sup>,

: <math> f(x) \sim f(a) + \sum_{k=0}^\infty a_k (x-a)^{k+\alpha}, </math>
: <math> g(x) \sim \sum_{k=0}^\infty b_k (x-a)^{k+\beta-1}, </math>

con ''α'' > 0, Re(''β'') > 0; y que la expansión de ''f'' puede diferenciarse a largo plazo. Entonces, el teorema de Laplace-Erdelyi establece que la expansión asintótica de la integral ''I''(''λ'') está dada por

: <math> I(\lambda) \sim e^{-\lambda f(a)} \sum_{n=0}^\infty \Gamma \Big(\frac{n+\beta}{\alpha} \Big) \frac{c_n}{\lambda^{(n+\beta)/\alpha}} \qquad \text{como} \quad \lambda \rightarrow \infty, </math>

donde los coeficientes '' c<sub>n</sub> '' son expresables en términos de ''a<sub>n</sub>'' y ''b<sub>n</sub>'' usando polinomios de Bell parciales ''ordinarios'', como los da la fórmula de Campbell-Froman-Walles-Wojdylo:

: <math> c_n = \frac{1}{\alpha a_0^{(n+\beta)/\alpha}} \sum_{k=0}^n b_{n-k} \sum_{j=0}^k \binom{-\frac{n+\beta}{\alpha}}{j} \frac{1}{a_0^j} \hat{B}_{k,j}(a_1,a_2,\ldots,a_{k-j+1}). </math>

===Polinomios simétricos===
{{AP|Identidades de Newton}}
El [[polinomio elemental simétrico]] <math>e_n</math> y el [[polinomio suma de potencias simétrico]] <math>p_n</math> pueden relacionarse usando polinomios de Bell como:
: <math>
\begin{align}
e_n & = \frac{(-1)^n}{n!}\; B_{n}(p_1, -1! p_2, 2! p_3, -3! p_4, \ldots, (-1)^{n-1}(n-1)! p_n ), \\[6pt]
p_n & = \frac{(-1)^{n-1}}{(n-1)!} \sum_{k=1}^n (-1)^{k-1} (k-1)!\; B_{n,k}(e_1,2! e_2, 3! e_3,\ldots,(n-k+1)! e_{n-k+1}) = (-1)^n\; n\; \sum_{k=1}^n \frac{1}{k} \; \hat{B}_{n,k}(-e_1,\dots,-e_{n-k+1}).
\end{align}
</math>

Estas fórmulas permiten expresar los coeficientes de los polinomios monómicos en términos de los polinomios de Bell de sus ceros. Por ejemplo, junto con el [[teorema de Cayley-Hamilton]] conducen a la expresión del determinante de una matriz cuadrada ''A'' de dimensión ''n'' × ''n'' en términos de las trazas de sus potencias:
: <math> \det (A) = \frac{(-1)^{n}}{n!} B_n(s_1, s_2, \ldots, s_n), ~\qquad \text{where }  s_k = (-1)^{k-1} (k - 1)! \operatorname{tr}(A^k).</math>

===Índice de ciclo de grupos simétricos===
{{AP|Índice de ciclo}}

El [[índice de ciclo]] del [[grupo simétrico]] <math>S_n</math> se puede expresar en términos de polinomios de Bell completos de la siguiente manera:
: <math> Z(S_n) = \frac{B_n(0!\,a_1, 1!\,a_2, \dots, (n-1)!\,a_n)}{n!}.</math>

===Momentos y cumulantes===
La suma

: <math>\mu_n' = B_n(\kappa_1,\dots,\kappa_n)=\sum_{k=1}^n B_{n,k}(\kappa_1,\dots,\kappa_{n-k+1})</math>

es el ''n''-ésimo [[momento]] en bruto de una [[distribución de probabilidad]] cuyos primeros ''n'' [[cumulante]]s son ''κ''<sub>1</sub>, ..., '' κ''<sub>''n''</sub>. En otras palabras, el ''n''-ésimo momento es el ''n''-ésimo polinomio completo de Bell evaluado en los primeros ''n'' cumulantes. Del mismo modo, el ''n''-ésimo cumulante se puede dar en términos de los momentos como

: <math>\kappa_n = \sum_{k=1}^n (-1)^{k-1} (k-1)! B_{n,k}(\mu'_1,\ldots,\mu'_{n-k+1}).</math>

===Polinomios de Hermite===
Los [[polinomios de Hermite]] usados en probabilidades se pueden expresar en términos de los polinomios de Bell como

: <math>\operatorname{He}_n(x) = B_n(x,-1,0,\ldots,0),</math>

donde ''x''<sub>''i''</sub> = 0 para todo ''i'' > 2; permitiendo así una interpretación combinatoria de los coeficientes de los polinomios de Hermite. Esto se puede ver comparando la función generadora de los polinomios de Hermite

: <math>\exp \left(xt-\frac{t^2}{2} \right) = \sum_{n=0}^\infty \operatorname{He}_n(x) \frac {t^n}{n!}</math>

con la de los polinomios de Bell.

===Representación de secuencias polinomiales de tipo binomial===

Para cualquier secuencia ''a''<sub>1</sub>, ''a''<sub>2</sub>, ..., ''a''<sub>''n''</sub> de escalares, sea

: <math>p_n(x)=\sum_{k=1}^n B_{n,k}(a_1,\dots,a_{n-k+1}) x^k.</math>

Entonces esta [[secuencia polinomial]] es de [[tipo binomial]], es decir, satisface la identidad binomial

: <math>p_n(x+y)=\sum_{k=0}^n {n \choose k} p_k(x) p_{n-k}(y).</math>

: '''Ejemplo:''' Para ''a''<sub>1</sub> = ... = ''a''<sub>''n''</sub> = 1, los polinomios <math>p_n(x)</math> representan los [[polinomios de Touchard]].

De manera más general, tiene este resultado:

: '''Teorema:''' Todas las secuencias polinomiales de tipo binomial son de esta forma.

Si se define una serie de potencias formal

: <math>h(x)=\sum_{k=1}^\infty {a_k \over k!} x^k,</math>

luego para todo ''n'',

: <math>h^{-1}\left( {d \over dx}\right) p_n(x) = n p_{n-1}(x).</math>

==Programación==
Los polinomios de Bell se implementan en:
* [[Mathematica]] como [http://reference.wolfram.com/mathematica/ref/BellY.html BellY]
* [[Maple (software)|Maple]] como [http://www.maplesoft.com/support/help/Maple/view.aspx?path=BellB IncompleteBellB]
* [[SageMath]] como [http://doc.sagemath.org/html/en/reference/combinat/sage/combinat/combinat.html#sage.combinat.combinat.bell_polynomial bell_polynomial]

==Véase también==
* [[Matriz de Bell]]
* [[Fórmula exponencial]]

==Referencias==
{{listaref}}

==Bibliografía==
{{refbegin}}
* {{ cite journal |ref=harv |first1=M. |last1=Abbas |first2=S. |last2=Bouroubi |title=On new identities for Bell's polynomial |journal=Discrete Math. |year=2005 |volume=293 |pages=5–10 |mr=2136048 |doi=10.1016/j.disc.2004.08.023}}
* {{Cita publicación |ref=harv |last1=Alexeev |first1=N. |last2=Pologova |first2=A. |last3=Alekseyev |first3=M. A. |title=Generalized Hultman Numbers and Cycle Structures of Breakpoint Graphs |journal=Journal of Computational Biology |volume=24 |issue=2 |year=2017 |pages=93–105 |doi=10.1089/cmb.2016.0190 |arxiv=1503.05285}}
* {{cite book |ref=harv |first=G. E. | last=Andrews | authorlink=George Andrews (mathematician) | title=The Theory of Partitions | series=Cambridge Mathematical Library | publisher=[[Cambridge University Press]] | year=1998 | edition=1st pbk | isbn=0-521-63766-X | pages=204–211 }}
* {{Cita publicación |ref=harv |last=Bell |first=E. T. |authorlink=Eric Temple Bell |title=Partition Polynomials | jstor=1967979 |journal=[[Annals of Mathematics]] |volume=29 |issue=1/4 |year=1927–1928 |pages=38–46 |doi=10.2307/1967979 | mr=1502817 }}
* {{Cita publicación |ref=harv |first=K. N. |last=Boyadzhiev |title=Exponential Polynomials, Stirling Numbers, and Evaluation of Some Gamma Integrals |journal=[[Abstract and Applied Analysis]] |volume=2009 |pages=Article ID 168672 |year=2009 |doi=10.1155/2009/168672|arxiv=0909.0979 |bibcode=2009AbApA2009....1B }} (contiene también una revisión elemental del concepto Bell-polinomios)
* {{cite book |ref=harv |first=C. A. |last=Charalambides |title=Enumerative Combinatorics |url=https://archive.org/details/enumerativecombi0000char |publisher=Chapman & Hall / CRC |year=2002 |isbn=9781584882909 |pages=632}}
* {{cite book |ref=harv |first=L. |last=Comtet |title=Advanced Combinatorics: The Art of Finite and Infinite Expansions |url=https://archive.org/details/Comtet_Louis_-_Advanced_Coatorics |publisher=Reidel Publishing Company |place=Dordrecht, Holland / Boston, U.S. |year=1974}}
* {{Cita publicación |ref=harv |first1=M. |last1=Griffiths |title=Families of sequences from a class of multinomial sums |journal=Journal of Integer Sequences |url=http://www.cs.uwaterloo.ca/journals/JIS/VOL15/Griffiths/griffiths20.html |year=2012 |mr=2872465 |volume=15 |pages=Article 12.1.8}}
* {{cite arXiv |ref=harv |first=V. V. |last=Kruchinin |year=2011|eprint=1104.5065 |title=Derivation of Bell Polynomials of the Second Kind}}
* {{Cita publicación |ref=harv |first1=S. |last1=Noschese |first2=P. E. |last2=Ricci |title=Differentiation of Multivariable Composite Functions and Bell Polynomials |journal=Journal of Computational Analysis and Applications | volume=5 |issue=3 |pages=333–340 |year=2003 |doi=10.1023/A:1023227705558}}
* {{cite book |ref=harv |last=Roman |first=S. |authorlink=Steven Roman |title=The Umbral Calculus |publisher=[[Dover Publications]] |year=2013 |isbn=9780486153421 |pages=208}}
* {{Cita publicación |ref=harv |first1=V. G. |last1=Voinov |first2=M. S. |last2=Nikulin |title=On power series, Bell polynomials, Hardy–Ramanujan–Rademacher problem and its statistical applications |journal= Kybernetika | volume=30 |issue=3 |pages=343–358 |year=1994 |issn=0023-5954}}
{{refend}}

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