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題目描述
$$\begin{align*} & \sum_{i = 1}^{n} i = \frac{n(n+1)}{2} \\ & \sum_{i = 1}^{n} i^{2} = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} \\ & ... \\ & \sum_{i = 1}^{n} i^{k} = ? \\ \end{align*}$$求 k < 20 的所有情況,並且把方程式列出。
Solution
當初在推倒$\sum_{i = 1}^{n} i^{2}$ 的時候,採用的方式如下:
首先,升一次觀察:
$$\begin{align*} & (i + 1)^{3} - i^{3} = 3i^{2} + 3i + 1 \end{align*}$$整理,將$i^{2}$ 移到單獨項
$$\begin{align*} & i^{2} = \frac{1}{3} ((i + 1)^{3} - i^{3} - 3i - 1) \\ & \Rightarrow \sum_{i = 1}^{n} i^{2} = \sum_{i = 1}^{n} \frac{1}{3} ((i + 1)^{3} - i^{3} - 3i - 1) \end{align*}$$此時特別計算$\sum_{i = 1}^{n} (i + 1)^{3} - i^{2}$,易見答案為$(n+1)^{3} - 1$
最後得到
$$\begin{align*}
& \Rightarrow \sum_{i = 1}^{n} i^{2} = \frac{1}{3} ((n+1)^{3} - 1 + \sum_{i = 1}^{n} (-3i-1))
\end{align*}$$
藉由上述的推倒過程,可以擴充至更高維度的計算。
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