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Poder Formal de la serie, la Regla de la Cadena y la Regla del Producto.

Definitons

Vamos $$\mathbb{C}[[x]] := \left\{ \sum_{n\geq 0} a_n x^n : a_n \in \mathbb{C} \right\}$$ be the set of formal power series of $x$.

Ejercicio

i)

Si $F_1(x)$ $F_2(x)$ son de alimentación de la serie en $\mathbf{C}[[x]]$, e $F_3(x)=F_1(x)F_2(x)$ es su producto, entonces su formal derivados de satisfacer la habitual derivada del producto de la fórmula $$ F_3'(x)=F_1(x)F_2'(x)+F_1'(x)F_2(x). $$

Yo intenté hacer una prueba utilizando sólo la sustitución de productos y de las reglas, pero me parece que no puede llegar a una conclusión. Gracias de antemano.

10voto

DiGi Puntos 1925

Es una buena práctica de trabajo con sumatorias.

Vamos $F_1(x)=\sum_{n\ge 0}a_nx^n$, $F_2(x)=\sum_{n\ge 0}b_nx^n$, y $F_3(x)=F_1(x)F_2(x)=\sum_{n\ge 0}c_nx^n$, en donde sabemos que

$$c_n=\sum_{k=0}^na_kb_{n-k}\;.$$

Ahora

$$\begin{align*} F_1(x)F_2'(x)&=\sum_{n\ge 0}a_nx^n\sum_{n\ge 0}nb_nx^{n-1}\\ &=\sum_{n\ge 0}a_nx^n\sum_{n\ge 0}(n+1)b_{n+1}x^n\\ &=\sum_{n\ge 0}\sum_{k=0}^na_k(n-k+1)b_{n-k+1}x^n \end{align*}$$

y

$$\begin{align*} F_1'(x)F_2(x)&=\sum_{n\ge 0}na_nx^{n-1}\sum_{n\ge 0}b_nx^n\\ &=\sum_{n\ge 0}(n+1)a_{n+1}x^n\sum_{n\ge 0}b_nx^n\\ &=\sum_{n\ge 0}\sum_{k=0}^n(k+1)a_{k+1}b_{n-k}x^n\;, \end{align*}$$

por lo que el coeficiente de $x^n$ $F_1(x)F_2'(x)+F_1'(x)F_2(x)$ es

$$\begin{align*} &\sum_{k=0}^n(n-k+1)a_kb_{n-k+1}+\sum_{k=0}^n(k+1)a_{k+1}b_{n-k}\\\\ &\quad=(n+1)a_0b_{n+1}+\sum_{k=1}^n(n-k+1)a_kb_{n-k+1}+\sum_{k=0}^{n-1}(k+1)a_{k+1}b_{n-k}+(n+1)a_{n+1}b_0\\\\ &\quad=(n+1)a_0b_{n+1}+\sum_{k=1}^n(n-k+1)a_kb_{n-k+1}+\sum_{k=1}^nka_kb_{n-k+1}+(n+1)a_{n+1}b_0\\\\ &\quad=(n+1)a_0b_{n+1}+\sum_{k=1}^n(n+1)a_kb_{n-k+1}+(n+1)a_{n+1}b_0\\\\ &\quad=(n+1)\sum_{k=0}^{n+1}a_kb_{n+1-k}\\\\ &\quad=(n+1)c_{n+1}\;, \end{align*}$$

que es, por supuesto, el coeficiente de $x^n$ $$F_3'(x)=\sum_{n\ge 0}(n+1)c_{n+1}x^n\;.$$

4voto

sholsinger Puntos 1570

Queremos mostrar que $$ F_3'(x) = F_1(x)F_2'(x) + F_1(x)F_2'(x) $$ En otras palabras, queremos mostrar que los coeficientes de $x^n$ en cualquiera de los lados son los mismos. Sin embargo, por el Producto de Cauchy, el coeficiente de $x^n$ sobre el lado izquierdo y en el lado derecho es sólo depende de un número finito de términos en la serie describiendo $F_1(x)$$F_2(x)$.

Así que podemos suponer sin pérdida de generalidad que $F_1(x), F_2(x)$ $F_3(x)$ son polinomios, donde sabemos que es cierto.

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