具体数学-第5课(8种方法求和)

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今天继续讲求和的方法。
针对以下求和式,我们用8种方法来求解:
<!–swig0–>
大家应该都已经背上了它的答案:
<!–swig1–>

方法0


查表。
这就不用说了,很多文献都有现成的解,拿来直接用就行了。
再给大家推荐一个整数序列查询网站OEIS:链接

方法1


猜答案,然后用数学归纳法证明。
这个也不多说了,前提是你得猜得出来,这题的公式还是很难猜的。

方法2


扰动法。
令
<!–swig2–>
所以
<!–swig3–>
解出
<!–swig4–>
最终得到
<!–swig5–>

可以看出,我们本来是要对$k^2$求和的,但是只要对$k^3$用扰动法求和即可,因为求和过程中$k^3$项会被抵消掉。

方法3


成套方法。
定义如下递归式:
<!–swig9–>
由第2课可知,设解的形式为:
<!–swig10–>
分别令${R_n} = 1,n,{n^2}$可以解出
<!–swig12–>
再另${R_n} = {n^3}$,可以得到
<!–swig14–>
即
<!–swig15–>

这时如果令
<!–swig16–>
那么
<!–swig17–>

方法4


积分法
求和式可以近似成积分<!–swig18–>
但是还少算了一部分误差,设为$E_n$,则有
<!–swig20–>
解得
<!–swig21–>
所以
<!–swig22–>

其实这种方法就是把最高次直接给算出来了,低次项可以直接求和的。

方法5


扩展成二重指标求和
<!–swig23–>
所以
<!–swig24–>

方法6


用有限微分求和
微分的形式大家都知道,如下:
<!–swig25–>
那如果我们定义
<!–swig26–>
则有
<!–swig27–>
似乎并不能和导数形式统一起来,用起来也不方便,那么我们定义一个新的函数,叫做下降阶乘幂:
<!–swig28–>
同理还可以定义上升阶乘幂。
这个函数有一个很好的性质,那就是
<!–swig29–>
令
<!–swig30–>
那么和积分类似,有
<!–swig31–>
所以
<!–swig32–>

因为有
<!–swig33–>
所以
<!–swig34–>
同样可以得到
<!–swig35–>

下降阶乘幂还有很多好用的性质,下节课继续。

方法7


生成函数。
以后章节会讲。


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2018-03-19
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