Debes descomponer la suma en dos partes:
S1=∑k=1n(n−1k−1)32(n−k)=∑k=1n−1(n−1k−1)32(n−k)+1S1=∑k=1n(n−1k−1)32(n−k)=∑k=1n−1(n−1k−1)32(n−k)+1
S2=−∑k=1n(n−1k−1)(−1)kk=−∑k=1n−1(n−1k−1)(−1)kk−(−1)nnS2=−∑k=1n(n−1k−1)(−1)kk=−∑k=1n−1(n−1k−1)(−1)kk−(−1)nn
La primera parte es sencilla si tienes en cuenta la fórmula del binomio de Newton:
(1+a)m=∑k=0m(mk)am−k(1+a)m=∑k=0m(mk)am−k
Es sencillo ver que si se toma a=32a=32 y m=n−1m=n−1 tenemos que:
(1+32)n−1=∑k′=1n−1(n−1k′−1)(32)(n−1)−(k′−1)+1(1+32)n−1=∑k′=1n−1(n−1k′−1)(32)(n−1)−(k′−1)+1
donde se ha definido k′=k+1k′=k+1:
10n−1=∑k=1n−1(n−1k−1)(32)n−k+1⇒S1=10n−110n−1=∑k=1n−1(n−1k−1)(32)n−k+1⇒S1=10n−1
Para la segunda parte se define la función:
(x−1)n−1=∑k=0n−1(n−1k)xk(−1)n−1−k(x−1)n−1=∑k=0n−1(n−1k)xk(−1)n−1−k
Y ahora se integra entre 0 y 1:
∫10(x−1)n−1 dx=[∑k=0n−1(n−1k)xk+1k+1(−1)n−1−k]10⇒∫01(x−1)n−1 dx=[∑k=0n−1(n−1k)xk+1k+1(−1)n−1−k]01⇒
(−1)n−1n=(−1)n−1∑k=0n−1(n−1k)(−1)kk+1⇒(−1)n−1n=(−1)n−1∑k=0n−1(n−1k)(−1)kk+1⇒
1n=−[∑k=1n−1(n−1k−1)(−1)k−1k−(−1)n−1n]⇒S2=−1n1n=−[∑k=1n−1(n−1k−1)(−1)k−1k−(−1)n−1n]⇒S2=−1n
Por lo tanto la suma buscada es:
S1+S2=10n−1−1nS1+S2=10n−1−1n
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