Em resposta a uma questão de George Edison, no MSE, apresentei as seguintes duas demonstrações de
Demonstração 1. (Dias Agudo, Cândido da Silva, Matemáticas Gerais III, Exercício 2.5.1). Seja . Considere-se e some-se para :
O termo no primeiro membro da primeira soma cancela o termo no segundo membro da segunda, , o , , o , …, o cancela . Assim
e
porque
.
Demonstração 2. (Balakrishnan, Combinatorics, Schaum’s Outline of Combinatorics, Exercício 1.42 ). De
obtem-se
Na verdade o primeiro método apresentado pode ser facilmente generalizado para permitir o cálculo de
iterativamente, ou seja, em função das somas
.
Como ilustração, poderá partir de
para obter a curiosa igualdade
Resta-me seguir o método que indica, que agradeço. Começando pelo desenvolvimento binomial
e somando membro a membro as identidades seguintes
ficamos com
.
Utilizando o valor da soma
e o da soma calculada acima
obtemos a equação
que resolvida em ordem a nos dá, de facto,
.
O problema das somas das potências foi tratado por Faulhaber até à 17ª e por Bernoulli na sua famosa obra Ars Conjectandi: daí os coeficientes receberem o nome de números de Bernoulli.
Vou aqui apresentar o raciocínio que segui há já muito tempo para obter várias somas do género antes de as ter encontrado na literatura técnica.
Designo a soma da -ésima potência por como no artigo. Como vemos que constitui um polinómio de grau . Além disso, temos vindo, portanto,
Ora, daqui vem
Deste modo,
Se compararmos os coeficientes com a mesma potência temos o conjunto de equações, com ,
Este sistema pode ser escrito facilmente na forma matricial para os coeficientes . Por exemplo, para temos
A solução deste sistema escreve-se como
Temos, portanto,
Para construir a matriz para outros valores de basta observar que as colunas correspondem às linhas do triângulo de Pascal onde é ignorada a última entrada. Os termos independentes correspondem à linha completa do triângulo.
Inteligente e esclarecedor raciocínio o seu que teve a amabilidade de aqui nos explicar.
Aproveito para indicar aos leitores que as somas se podem determinar recursivamente pela fórmula
.
Bom Ano Novo!
Essas demonstrações de séries envolvendo a soma de números inteiros são incríveis as quais de certa forma estava esquecido de algumas passagens, principalmente para somar números inteiros ao quadrado, e nem pensava na generalização, mas mesmo assim não entendi o processo utilizando a combinatória. Parabéns prof. Américo Tavares
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Gostei, apesar de n entender tudo, finalmente achei uma demonstração para isso sem ser por indução kkkk
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