等幂求和

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等幂求和,即法烏爾哈貝爾公式Template:Lang-en),是指求幂数相同的变数之和i=1nxim

常见公式

一般数列的等幂和

自然数等幂和

i=1ni0=n

i=1ni1=n(n+1)2=12n2+12n

i=1ni2=n(n+1)(2n+1)6=13n3+12n2+16n[1]

i=1ni3=[n(n+1)2]2=14n4+12n3+14n2[1]

i=1ni4=n(n+1)(2n+1)(3n2+3n1)30=15n5+12n4+13n3130n[1]

i=1ni5=n2(n+1)2(2n2+2n1)12=16n6+12n5+512n4112n2[1]

i=1ni6=n(n+1)(2n+1)(3n4+6n33n+1)42=17n7+12n6+12n516n3+142n[1]

i=1ni7=n2(n+1)2(3n4+6n3n24n+2)24=18n8+12n7+712n6724n4+112n2

i=1ni8=n(n+1)(2n+1)(5n6+15n5+5n415n3n2+9n3)90=19n9+12n8+23n7715n5+29n3130n

i=1ni9=n2(n+1)2(n2+n1)(2n4+4n3n23n+3)20=110n10+12n9+34n8710n6+12n4320n2

i=1ni10=n(n+1)(2n+1)(n2+n1)(3n6+9n5+2n411n3+3n2+10n5)66=111n11+12n10+56n9n7+n512n3+566n[1]

i=0nim1=k=0mSkmnk,其中S0m=0Smm=1m,當m−k為大於1的奇數時,Skm=0

i=0nim=1m+1i=0m(m+1i)Binm+1i[2],其中Bi伯努利数

i=1nim+1=k=0mLkm(n+k+1m+2),(Lkm=r=0k(1)r(m+2r)(k+1r)m+1)[3]

奇數等冪和與偶數等幂和

i=1n(2i1)0=n

i=1n(2i)0=n

i=1n(2i1)1=n2

i=1n(2i)1=n(n+1)

i=1n(2i1)2=n(2n1)(2n+1)3

i=1n(2i)2=2n(n+1)(2n+1)3

i=1n(2i1)3=n2(2n21)

i=1n(2i)3=2[n(n+1)]2

多项式求和

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伯努利数也通用於等差数列的等幂和。[4]

i=1n(a1+(i1)d)m=1m+1i=0mBidi1(m+1i)(an+1m+1ia1m+1i)

也可以利用帕斯卡矩阵,把多项式的和写成矩阵相乘。

k=1np(k)=(Cn1Cn2Cnm+1)(C0000C10C110(1)mCm0(1)m1Cm1Cmm)(p(1)p(2)p(m+1))=j=1m+1CnjΔj1p(1) [5] [6] [7]

其中Δp(n)=p(n+1)p(n)

也可以将数列表达成组合数然后利用朱世杰恒等式求和。

i=1n(i2i)=2i=1nCi2=2Cn+13[8]

多项式根的等幂和

Template:Main r=1n(xxr)=r=0narxr=0,sm=r=1nxrm

牛顿公式

sm+a1sm1+a2sm2+...+am1s1+mam=0[9]

组合公式

sm=ri=0mim(r1+r2+...+rn1)!r1!r2!...rn!i=1n(ani)ri

m=n=3

x13+x23+x33=3(31)!3!(x1+x2+x3)3+3(1+11)!1!1!(x1+x2+x3)(x1x2x1x3x2x3)+3(11)!1!(x1x2x3)
x13+x23+x33=(x1+x2+x3)33(x1+x2+x3)(x1x2+x1x3+x2x3)+3(x1x2x3)

anm=ri=0mii=1m(si)riiriri!

m=n=3

x1x2x3=1133!(x1x2x3)3+1111!211!(x1x2x3)(x12x22x32)+1311!(x13x23x33)
x1x2x3=16(x1+x2+x3)312(x1+x2+x3)(x12+x22+x32)+13(x13+x23+x33)

参见

参考资料

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