Mathcenter Forum  

Go Back   Mathcenter Forum > คณิตศาสตร์โอลิมปิก และอุดมศึกษา > คณิตศาสตร์อุดมศึกษา
สมัครสมาชิก คู่มือการใช้ รายชื่อสมาชิก ปฏิทิน ข้อความวันนี้

ตั้งหัวข้อใหม่ Reply
 
เครื่องมือของหัวข้อ ค้นหาในหัวข้อนี้
  #1  
Old 01 มกราคม 2009, 13:03
Soopreecha's Avatar
Soopreecha Soopreecha ไม่อยู่ในระบบ
ลมปราณบริสุทธิ์
 
วันที่สมัครสมาชิก: 31 กรกฎาคม 2008
ข้อความ: 121
Soopreecha is on a distinguished road
Default Bernoulli number

กำหนดให้
$$\frac{x}{e^x-1}=
1-\frac{x}{2}+\frac{B_1x^2}{2!}-\frac{B_2x^4}{4!}+\frac{B_3x^6}{6!}-...$$


พิสูจน์
$$ 1^p+2^p+3^p+...+n^p=
\frac{n^{p+1}}{p+1}+\frac{n^p}{2}+\frac{B_1pn^{p-1}}{2!}-\frac{B_2p(p-1)(p-2)n^{p-3}}{4!}+...$$
ทำยังไงครับ
ตอบพร้อมอ้างอิงข้อความนี้
  #2  
Old 28 กรกฎาคม 2020, 02:22
Anton's Avatar
Anton Anton ไม่อยู่ในระบบ
เริ่มฝึกวรยุทธ์
 
วันที่สมัครสมาชิก: 27 กรกฎาคม 2020
ข้อความ: 20
Anton is on a distinguished road
Send a message via ICQ to Anton Send a message via AIM to Anton Send a message via MSN to Anton Send a message via Yahoo to Anton Send a message via Skype™ to Anton
Default

อ้างอิง:
Problem. Let $B_1,B_2,B_3,\ldots$ be the real numbers such that $$\frac{x}{\mathrm{e}^x-1}=1-\frac{x}{2}+\frac{B_1}{2!}\,x^2-\frac{B_2}{4!}\,x^4+\frac{B_3}{6!}\,x^6-\ldots\,.$$ Show that $$1^p+2^p+3^p+\ldots+n^p=\frac{n^{p+1}}{p+1}+\frac{n^p}{2}+\frac{B_1}{2!}\,p\,n^{p-1}-\frac{B_2}{4!}\,p(p-1)(p-2)\,n^{p-3}+\ldots\,.$$
Let $S^p_n$ denote the sum $1^p+2^p+3^p+\ldots+n^p$ for each positive integer $n$ and for each nonnegative integer $p$. Observe that
$$f_n(x):=\sum_{p=0}^\infty\,\frac{S^p_n}{p!}\,x^p=\sum_{p=0}^\infty\,\sum_{k=0}^n\,\frac{k^p}{p!}\,x^p=\sum_{k=1}^n\,\sum_{p=0} ^\infty\,\frac{(kx)^p}{p!}\,.$$
Therefore,
$$f_n(x)=\sum_{k=1}^n\,\exp(kx)=\frac{\big(\exp(nx)-1\big)\,\exp(x)}{\exp(x)-1}\,.$$
Consequently,
$$f_n(x)=\left(\frac{\exp(nx)-1}{x}\right)\,\left(\frac{x}{\exp(x)-1}\right)\,\exp(x)\,.$$
Now, we have
$$\exp(x)=\sum_{k=0}^\infty\,\frac{1}{k!}\,x^k\,,$$
$$\frac{\exp(nx)-1}{x}=\sum_{r=0}^\infty\,\frac{n^{r+1}}{(r+1)!}\,x^r\,,$$
and
$$\frac{x}{\exp(x)-1}=-\frac{x}{2}-\sum_{s=0}^\infty\,\frac{(-1)^s}{(2s)!}\,B_{s}\,x^{2s}\,,$$
where $B_0,B_1,B_2,\ldots$ are the Bernoulli numbers (with $B_0:=-1$). Thus, the coefficient of $x^p$ in $f_n(x)$ is given by the sum
$$s_n^p:=-\frac{1}{2}\,\sum_{r=0}^{p-1}\,\frac{n^{r+1}}{(r+1)!\,(p-1-r)!}+\sum_{\substack{r,s\geq 0\\ r+2s\leq p}}\,\frac{(-1)^s\,B_{s}\,n^{r+1}}{(r+1)!\,(2s)!\,(p-r-2s)!}\,.$$
That is,
$$\begin{align}S_n^p&=p!\,s_n^p\\&=\sum_{\ell=0}^{p+1}\,\frac{p!}{(p-\ell+1)!}\,n^{p+1-\ell}\,\left(-\sum_{s=0}^{\left\lfloor \frac{\ell}{2}\right\rfloor}\,\frac{(-1)^s\,B_s}{(2s)!\,(\ell-2s)!}-\frac{1}{2\,(\ell-1)!}\right)\,.\tag{$\star$}\end{align}$$
We need to verify that
$$-\sum_{s=0}^{\left\lfloor \frac{\ell}{2}\right\rfloor}\,(-1)^s\,\binom{\ell}{2s}\,B_s-\frac{\ell}{2}=\begin{cases}0&\text{if }\ell\geq 3\text{ is odd}\,,\\
-(-1)^{\frac{\ell}{2}}\,B_{\frac{\ell}{2}}&\text{if }\ell\geq 2\text{ is even}\,.
\end{cases}\tag{*}$$
For convenience, write
$$b_s:=\begin{cases}
-(-1)^{\frac{s}{2}}B_{\frac{s}{2}}&\text{if }s\geq 0\text{ is even}\,,\\
-\dfrac{1}{2}&\text{if }s=1\,,\\
0&\text{if }s\geq 3\text{ is odd}\,.
\end{cases}$$
That is, $\dfrac{x}{\exp(x)-1}=\sum\limits_{s=0}^\infty\,\dfrac{b_s}{s!}\,x^s$. Hence, (*) is equivalent to
$$\sum_{s=0}^\ell\,\binom{\ell}{s}\,b_s=b_\ell\text{ for }\ell=2,3,4,\ldots\,.\tag{#}$$

We shall now prove (#). From $\dfrac{x}{\exp(x)-1}=\sum\limits_{s=0}^\infty\,\dfrac{b_s}{s!}\,x^s$, we get
$$x=\big(\exp(x)-1\big)\sum\limits_{s=0}^{\infty}\,\dfrac{b_s}{s!}\,x^s=\left(\sum_{r=1}^{\infty}\,\frac{x^r}{r!}\right)\,\left(\sum\limits_{s=0} ^{\infty}\,\dfrac{b_s}{s!}\,x^s\right)\,.$$
This yields
$$x=\sum_{\ell=0}^\infty\,\frac{x^\ell}{\ell!}\,\sum_{s=0}^{\ell-1}\,\binom{\ell}{s}\,b_s\,.$$
This shows that
$$\sum_{s=0}^{\ell-1}\,\binom{\ell}{s}\,b_s=0\text{ for }\ell=2,3,4,\ldots\,.$$
This is equivalent to (#).

Therefore, using ($\star$), we see that $S_n^0=n$ and for an integer $p\geq 1$, we have
$$S_n^p=\frac{n^{p+1}}{p+1}+\frac{n^p}{2}-\sum_{\ell=1}^{\left\lfloor\frac{p}{2}\right\rfloor}\,\frac{(-1)^\ell\,p(p-1)(p-2)\cdots (p-2\ell+2)}{(2\ell)!}\,B_\ell\,n^{p+1-2\ell}\,.$$
Thus, the claim is established. Here are some examples:
$$S_n^1=\frac{n^2}{2}+\frac{n}{2}=\frac{n(n+1)}{2}\,,$$
$$S_n^2=\frac{n^3}{3}+\frac{n^2}{2}+\frac{n}{6}=\frac{n(n+1)(2n+1)}{6}\,,$$
$$S_n^3=\frac{n^4}{4}+\frac{n^2}{2}+\frac{n}{4}=\left(\frac{n(n+1)}{2}\right)^2\,,$$
$$S_n^4=\frac{n^5}{5}+\frac{n^4}{2}+\frac{n^3}{3}-\frac{n}{30}=\frac{n(n+1)(2n+1)(3n^2+3n-1)}{30}\,,$$
and
$$S_n^5=\frac{n^6}{6}+\frac{n^5}{2}+\frac{5n^4}{12}-\frac{n^2}{12}=\frac{n^2(n+1)^2(2n^2+2n-1)}{12}$$
__________________
Потом доказывай, что ты не верблюд.

28 กรกฎาคม 2020 21:16 : ข้อความนี้ถูกแก้ไขแล้ว 4 ครั้ง, ครั้งล่าสุดโดยคุณ Anton
ตอบพร้อมอ้างอิงข้อความนี้
  #3  
Old 20 กุมภาพันธ์ 2021, 16:33
share share ไม่อยู่ในระบบ
ลมปราณไร้สภาพ
 
วันที่สมัครสมาชิก: 23 เมษายน 2013
ข้อความ: 1,211
share is on a distinguished road
Default

Bernoulli numbers Bn are a sequence of rational numbers which occur frequently in number theory.

The Bernoulli numbers appear in (and can be defined by) the Taylor series expansions of the tangent
and hyperbolic tangent functions, in Faulhaber's formula for the sum of m-th powers of the first n positive integers,
in the Euler-Maclaurin formula, and in expressions for certain values of the Riemann zeta function.

Wiki

20 กุมภาพันธ์ 2021 16:34 : ข้อความนี้ถูกแก้ไขแล้ว 1 ครั้ง, ครั้งล่าสุดโดยคุณ share
ตอบพร้อมอ้างอิงข้อความนี้
  #4  
Old 29 พฤษภาคม 2021, 10:58
kongp kongp ไม่อยู่ในระบบ
ลมปราณไร้สภาพ
 
วันที่สมัครสมาชิก: 05 พฤษภาคม 2006
ข้อความ: 1,127
kongp is on a distinguished road
Default

https://www.youtube.com/watch?v=U8_HF6RuBO8

Creative Song for everybody
ตอบพร้อมอ้างอิงข้อความนี้
ตั้งหัวข้อใหม่ Reply


หัวข้อคล้ายคลึงกัน
หัวข้อ ผู้ตั้งหัวข้อ ห้อง คำตอบ ข้อความล่าสุด
Number ที่คิดไม่ออก tatari/nightmare ทฤษฎีจำนวน 20 26 กันยายน 2008 21:21
complex number dektep พีชคณิต 1 17 มีนาคม 2008 22:45
เกี่ยวกับ Number tatari/nightmare ทฤษฎีจำนวน 3 12 กันยายน 2007 22:12
ช่วยคิดหน่อยครับ เกี่ยวกับ Number Theory kanji ทฤษฎีจำนวน 0 08 กันยายน 2006 18:22
อยากทราบเกี่ยวกับ เรื่อง Euler Polynomails, Bernoulli numbers วัน คณิตศาสตร์อุดมศึกษา 0 07 กันยายน 2006 12:29


กฎการส่งข้อความ
คุณ ไม่สามารถ ตั้งหัวข้อใหม่ได้
คุณ ไม่สามารถ ตอบหัวข้อได้
คุณ ไม่สามารถ แนบไฟล์และเอกสารได้
คุณ ไม่สามารถ แก้ไขข้อความของคุณเองได้

vB code is On
Smilies are On
[IMG] code is On
HTML code is Off
ทางลัดสู่ห้อง


เวลาที่แสดงทั้งหมด เป็นเวลาที่ประเทศไทย (GMT +7) ขณะนี้เป็นเวลา 21:29


Powered by vBulletin® Copyright ©2000 - 2024, Jelsoft Enterprises Ltd.
Modified by Jetsada Karnpracha