Hogyan kell ezt kiszámítani? sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ n n (n-1) x ^ n

Hogyan kell ezt kiszámítani? sum_ (n = 1) ^ oo (-1) ^ n n (n-1) x ^ n
Anonim

Válasz:

Lásd lentebb.

Magyarázat:

Figyelembe véve #abs x <1 #

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

de # sum_ (n = 1) ^ oo (-x) ^ n = 1 / (1 - (- x)) - 1 # és

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

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

Válasz:

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

Magyarázat:

Kezdjük azzal, hogy kiírjuk néhány együtthatót:

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

Az első dolog, amit meg akarunk nézni, az együtthatók (a fokozat mértéke) #x# a sorozatok szorzásával és elosztásával elég könnyen beállítható #x#, így nem olyan fontosak). Látjuk, hogy mindegyikük kettő többszöröse, így két tényezőt tudunk kiemelni:

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

A zárójelben lévő együtthatók felismerhetők binomiális sorozatként, amelynek teljesítménye a # Alfa = -3 #:

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

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

Észrevettük, hogy a zárójelben lévő összes kifejezés exponensei kettővel nagyobbak, mint az éppen származtatott sorozatok, így meg kell szoroznunk # X ^ 2 # a megfelelő sorozathoz:

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

Ez azt jelenti, hogy sorozatunk (ha konvergál) egyenlő:

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

Csak annak ellenőrzésére, hogy nem hibáztunk, gyorsan használhatjuk a Binomiális Sorozatot egy sorozat kiszámításához # 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 * 3!) X ^ 3 …) = #

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

Ezt a mintát leírhatjuk így:

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

Mivel az első kifejezés csak igaz #0#, tudunk írni:

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

ami az a sorozat, amellyel elkezdtük, ellenőrizve eredményünket.

Most meg kell találnunk a konvergenciaintervallumot, hogy lássuk, mikor van a sorozat tényleges értéke. Ezt úgy tehetjük meg, hogy megvizsgáljuk a binomiális sorozat konvergencia feltételeit, és megállapítjuk, hogy a sorozat konvergál, mikor # | X | <1 #