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Una curioso binomio suma identidad sin cálculo de diferencias finitas

Que $f$ sea un polinomio de grado $m$ $t$. La siguiente identidad curiosa tiene $n \geq m$,\begin{align} \binom{t}{n+1} \sum_{j = 0}^{n} (-1)^{j} \binom{n}{j} \frac{f(j)}{t - j} = (-1)^{n} \frac{f(t)}{n + 1}. \end {alinee el} la prueba sigue transformando la identidad\begin{align} \sum_{j = 0}^{n} \sum_{k = j}^{n} (-1)^{k-j} \binom{k}{j} \binom{t}{k} f(j) = \sum_{k = 0}^{n} \binom{t}{k} (\Delta^{k} f)(0) = f(t), \end align {} $\Delta^{k}$ Dónde está el operador de diferencia hacia adelante de $k^{\text{th}}$. Sin embargo, me gustaría probar la identidad mencionada directamente, sin tener que recurrir al cálculo de diferencias finitas. ¡Cualquier consejos son apreciados!

Gracias.

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Tas Puntos 11

Esto es simplemente interpolación de Lagrange para el % de valores $0, 1, \dots, n$.

Esto significa que después de cancelar los denominadores de la izquierda se puede comprobar fácilmente que la igualdad tiene $t=0, \dots, n$.

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Anthony Shaw Puntos 858

Sólo me encontré con esta pregunta después de trabajar en esta respuesta, y se dio cuenta de que el mismo método puede ser utilizado aquí.

Observe que la ecuación es equivalente a $$ \sum_{j=0}^n(-1)^{n-j}\binom{n}{j}\frac{f(j)}{t j}=\frac{n!f(t)}{t(t-1)(t-2)\dots(t-n)} $$ Mientras $f$ es un polinomio de grado $n$ o menos, aplicar el Método de Heaviside para Fracciones Parciales para el lado derecho para obtener la mano izquierda.

Es decir, para calcular el coeficiente de $\frac1{t-j}$ en el lado izquierdo, se multiplican ambos lados por $t-j$ y establezca $t=j$. El lado derecho se convierte en $$ \frac{n!f(j)}{j(j-1)(j-2)\dots1(-1)(-2)\dots(j-n)}=(-1)^{n-j}\binom{n}{j}f(j) $$

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Marko Riedel Puntos 19255

Esto también se puede hacer con variables complejas. Observar que tenemos por la inspección que $$\sum_{j=0}^n (-1)^j {n\elegir j} \frac{f(j)}{t j} = (-1)^n \times n! \times \sum_{k=0}^n \mathrm{Res}_{z=k} \frac{f(z)}{t-z}\prod_{q=0}^n \frac{1}{z-q}.$$

Esto se mantiene incluso si $f(t)$ se desvanece en algún entero positivo en el la gama.

Recordar que los residuos de suma cero, por lo que el derecho es igual a $$-(-1)^n \times n! \times \sum_{k\in\{\infty,t\}} \mathrm{Res}_{z=k} \frac{f(z)}{t-z}\prod_{q=0}^n \frac{1}{z-q}.$$

El residuo en el infinito de una función de $h(z)$ está dado por la fórmula $$\mathrm{Res}_{z=\infty} h(z) = \mathrm{Res}_{z=0} \left[-\frac{1}{z^2} h\left(\frac{1}{z}\right)\right]$$

que en el presente caso los rendimientos $$-\mathrm{Res}_{z=0} \frac{1}{z^2} \frac{f(1/z)}{t-1/z}\prod_{q=0}^n \frac{1}{1/z-q} \\ = -\mathrm{Res}_{z=0} \frac{z^{n+1}}{z^2} \frac{f(1/z)}{t-1/z}\prod_{q=0}^n \frac{1}{1-qz} \\ = -\mathrm{Res}_{z=0} z^n \frac{f(1/z)}{zt-1}\prod_{q=0}^n \frac{1}{1-qz}.$$

Nota sin embargo que $f(z)$ tiene el grado $m$ y exigimos que $n\ge m$ lo que significa que $f(1/z) z^n$ no tiene ningún polo en cero y por lo tanto el residuo en el infinito es cero así.

Que deja el residuo en $z=t$, para un total de contribución de $$-(-1)^n \times n! \times (-1)\times f(t)\times \prod_{q=0}^n \frac{1}{t-q} = (-1)^n f(t) \times n! \prod_{q=0}^n \frac{1}{t-q} \\ = (-1)^n f(t) \times n! \times \frac{1}{(n+1)!} {t\elegir n+1}^{-1} \\ = (-1)^n \frac{f(t)}{n+1} {t\elegir n+1}^{-1}$$ que iba a ser mostrado, QED.

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