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具体数学-第5课 - WeiYang Blog

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:
具体数学-第5课(8种方法求和)
大家应该都已经背上了它的答案:
具体数学-第5课(8种方法求和)

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:The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences® (OEIS®)

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。

具体数学-第5课(8种方法求和)
所以
具体数学-第5课(8种方法求和)
解出
具体数学-第5课(8种方法求和)
最终得到
具体数学-第5课(8种方法求和)

可以看出,我们本来是要对 具体数学-第5课(8种方法求和) 求和的,但是只要对 具体数学-第5课(8种方法求和) 用扰动法求和即可,因为求和过程中 具体数学-第5课(8种方法求和) 项会被抵消掉。

方法3

成套方法。
定义如下递归式:
具体数学-第5课(8种方法求和)
第2课可知,设解的形式为:
具体数学-第5课(8种方法求和)
分别令 具体数学-第5课(8种方法求和) 可以解出
具体数学-第5课(8种方法求和)
再另 具体数学-第5课(8种方法求和) ,可以得到
具体数学-第5课(8种方法求和)

具体数学-第5课(8种方法求和)

这时如果令
具体数学-第5课(8种方法求和)
那么
具体数学-第5课(8种方法求和)

方法4

积分法
求和式可以近似成积分 具体数学-第5课(8种方法求和)
但是还少算了一部分误差,设为 具体数学-第5课(8种方法求和) ,则有
具体数学-第5课(8种方法求和)
解得
具体数学-第5课(8种方法求和)
所以
具体数学-第5课(8种方法求和)

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
具体数学-第5课(8种方法求和)
所以
具体数学-第5课(8种方法求和)

方法6

用有限微分求和
微分的形式大家都知道,如下:
具体数学-第5课(8种方法求和)
那如果我们定义
具体数学-第5课(8种方法求和)
则有
具体数学-第5课(8种方法求和)
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
具体数学-第5课(8种方法求和)
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
具体数学-第5课(8种方法求和)

具体数学-第5课(8种方法求和)
那么和积分类似,有
具体数学-第5课(8种方法求和)
所以
具体数学-第5课(8种方法求和)

因为有
具体数学-第5课(8种方法求和)
所以
具体数学-第5课(8种方法求和)
同样可以得到
具体数学-第5课(8种方法求和)

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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