Πώς να υπολογίσετε το άθροισμα αυτού; sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ n n (n-1) x ^ n

Πώς να υπολογίσετε το άθροισμα αυτού; sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ n n (n-1) x ^ n
Anonim

Απάντηση:

Δες παρακάτω.

Εξήγηση:

Θεωρώντας #abs x <1 #

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

αλλά # sum_ (n = 1) ^ oo (-x) ^ n = 1 / (1 - (χ) και

(dx ^ 2) sum_ (n = 1) ^ oo (-x) ^ n = 2 / (χ + 1) έπειτα

(n = 1) x n = (2x ^ 2) / (χ + 1) ^ 3 #

Απάντηση:

(n-1) x n = (2x2) / (1 + χ) ^ 3 # πότε # | x | <1 #

Εξήγηση:

Ξεκινάμε γράφοντας μερικούς από τους συντελεστές:

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

Το πρώτο πράγμα που θέλουμε να δούμε είναι οι συντελεστές (ο βαθμός #Χ# μπορεί να προσαρμοστεί πολύ εύκολα πολλαπλασιάζοντας και διαιρώντας τη σειρά με #Χ#, έτσι δεν είναι τόσο σημαντικά). Βλέπουμε ότι όλα είναι πολλαπλάσια των δύο, έτσι μπορούμε να φέρουμε έναν παράγοντα δύο:

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

Οι συντελεστές μέσα σε αυτή την παρένθεση μπορούν να αναγνωριστούν ως η διωνυμική σειρά με ισχύ του # alpha = -3 #:

# (1 + χ) ^ άλφα = 1 + alphax + (άλφα (άλφα-1)) / (2!) Χ ^ 2+ (άλφα-2) … #

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

Παρατηρούμε ότι οι εκθέτες όλων των όρων στην παρένθεση είναι μεγαλύτεροι κατά δύο σε σύγκριση με τη σειρά που προέκυψαν, οπότε πρέπει να πολλαπλασιάσουμε # x ^ 2 # για να πάρετε τη σωστή σειρά:

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

Αυτό σημαίνει ότι η σειρά μας είναι (όταν συγκλίνει) ίση με:

# (2x ^ 2) / (1 + χ) ^ 3 #

Για να επιβεβαιώσουμε ότι δεν κάναμε λάθος, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε γρήγορα τη σειρά Binomial για να υπολογίσουμε μια σειρά για # 2x ^ 2 (1 + χ) ^ - 3 #:

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

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

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

Μπορούμε να περιγράψουμε αυτό το μοτίβο έτσι όπως:

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

Δεδομένου ότι ο πρώτος όρος είναι ακριβώς #0#, μπορούμε να γράψουμε:

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

η οποία είναι η σειρά που ξεκινήσαμε με την επαλήθευση του αποτελέσματός μας.

Τώρα πρέπει απλώς να μάθουμε το διάστημα σύγκλισης, για να δούμε πότε η σειρά έχει πραγματικά αξία. Μπορούμε να το κάνουμε αυτό εξετάζοντας τις συνθήκες σύγκλισης για την διωνυμική σειρά και διαπιστώνοντας ότι η σειρά συγκλίνει πότε # | x | <1 #