Kako izračunati zbroj toga? sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ n n (n-1) x ^ n

Kako izračunati zbroj toga? sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ n n (n-1) x ^ n
Anonim

Odgovor:

Pogledaj ispod.

Obrazloženje:

S obzirom #abs x <1 #

#sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ nn (n-1) x ^ n = x ^ 2 d ^ 2 / (dx ^ 2) sum_ (n = 1) ^ oo (-x) ^ n #

ali # sum_ (n = 1) ^ oo (-x) ^ n = 1 / (1 - (- x)) - 1 # i

# d ^ 2 / (dx ^ 2) sum_ (n = 1) ^ oo (-x) ^ n = 2 / (x + 1) ^ 3 # zatim

#sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ n n (n-1) x ^ n = (2x ^ 2) / (x + 1) ^ 3 #

Odgovor:

#sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ n n (n-1) x ^ n = (2x ^ 2) / (1 + x) ^ 3 # kada # | X | <1 #

Obrazloženje:

Počinjemo pisanjem nekih od koeficijenata:

#sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ n n (n-1) x ^ n = 2x ^ 2-6x ^ 3 + 12x ^ 4-20x ^ 5 … = #

Prvo što želimo pogledati su koeficijenti (stupanj #x# može se vrlo lako prilagoditi množenjem i dijeljenjem serije s #x#, tako da nisu toliko važni). Vidimo da su svi višestruki od dva, tako da možemo izvesti faktor dva:

# = 2 (x ^ 2-3x ^ 3 + 6x ^ 4-10x ^ 5 …) #

Koeficijenti unutar ove zagrade mogu se prepoznati kao binomna serija sa snagom # A = -3 #:

# (1 + x) ^ a = 1 + alphax + (alfa (a-1)) / (2!) X ^ 2 + (alfa (a-1), (a-2)) / (3!) X ^ 3 … #

# (1 + x) ^ - 3-1-3x + 6x ^ 2-10x ^ 3 … #

Primjećujemo da su eksponenti svih pojmova u zagradama veći za dva u usporedbi s nizom koji smo tek izveli, tako da moramo pomnožiti # X ^ 2 # da biste dobili pravu seriju:

# 2x ^ 2 (1 + x) ^ - 3-2x ^ 2-6x ^ 3 + 12x ^ 4-20x ^ 5 … #

To znači da je naša serija (kada se konvergira) jednaka:

# (2x ^ 2) / (1 + x) ^ 3 #

Samo da bismo provjerili da nismo napravili pogrešku, možemo brzo koristiti Binomijalne serije za izračunavanje serije # 2x ^ 2 (1 + x) ^ - 3 #:

# 2x ^ 2 (1 + x) ^ - 3-2x ^ 2 (1-3x + ((- 3) (- 4)) / (2) x ^ 2 + ((- 3) (- 4) (- 5)) / (3!) x ^ 3 …) = #

# = 2x ^ 2 (1-3x + (4!) / (2 * 2!) X ^ 2- (5!) / (2 x 3!) X ^ 3 …) = #

# = 2x ^ 2 (1-3x + (4 x 3) / 2x ^ 2- (5 x 4) / 2x ^ 3 …) = #

Možemo opisati ovaj obrazac na sljedeći način:

# = 2x ^ 2sum_ (n = 0) ^ oo (-1) ^ n (n (n-1)) / 2x ^ (n-2) = sum_ (n = 0) ^ oo (-1) ^ nn (n-1) x ^ n #

Budući da je prvi mandat pravedan #0#, možemo pisati:

#sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ n n (n-1) x ^ n #

što je serija s kojom smo započeli, potvrđujući naš rezultat.

Sada samo trebamo saznati interval konvergencije, da vidimo kada serija zapravo ima vrijednost. To možemo učiniti promatrajući uvjete konvergencije binomnih serija i otkriti da se serija konvergira kada # | X | <1 #