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La intuición para Múltiples Suma de convertirse en Uno de Totalización - Nada demasiado formal y riguroso por favor

Fuente. Yo grok adición es asociativa y conmutativa, y un término que puede ser trasladada a otros sumatorias iff estos otros sumatorias no son de suma a este término. De ahí que me grok

$$\sum_{i,j} g_{ij} \sum_r a_{ir} x_r \sum_s a_{js} x_s = \sum_{i,j} \sum_{r} \sum_s g_{ij} a_{ir}x_r a_{js}x_s = \color{blue}{ \sum_{i} \sum_{j} \sum_{r} \sum_s g_{ij} a_{ir}x_r a_{js}x_s}.$$

$$ \text{But } \color{blue}{ \sum_{i} \sum_{j} \sum_{r} \sum_s g_{ij} a_{ir}x_r a_{js}x_s} = \sum_{i, j, r, s} g_{ij} a_{ir}x_r a_{js}x_s \,???$$


(Seguimiento 1) de La R. S. de $\color{green}{\sum_{i_k} A_{i_1,i_2,\dots , i_k} = A^1_{i_1,i_2,\dots , i_{k-1}}}$ elimina $i_k$ e introduce superíndice $1$.
Del mismo modo, R. S., de $\sum_{i_{k - 1}} \color{green}{A^1_{i_1,i_2,\dots , i_{k-1}}}= \color{#7A7676}{A^2_{i_1,i_2,\dots ,i_{k - 3}, i_{k-2}}}$ elimina $i_{k - 1}$ e introduce superíndice $2$.
Del mismo modo, R. S., de $\sum_{i_{k - 1}}\color{#7A7676}{A^2_{i_1,\dots ,i_{k - 3}, i_{k-2}}}= A^3_{i_1,\dots ,i_{k - 4}, i_{k-3}}$ elimina $i_{k - 2}$ e introduce superíndice $3$ y así sucesivamente...

Pero, ¿qué es el $A^{\text{# of index removed}}_{\text{one less index than before}}$ y todo este proceso significa que, aparte de la escritura de la $k - 1$ suma de símbolos?

(II) de manera Más general, si $i_k$ satisface una propiedad $P(i_k)$, entonces, ¿cómo volver a escribir con sólo 1 suma $$\sum\limits_{i_1 \; : \; P(i_1)} \cdots \sum\limits_{i_{k - 1} \; : \; P(i_{k - 1})} \; \sum\limits_{i_k \; : \; P(i_k)} A(i_1, ..., i_k) \; ?$$

(III) Usted escribió $\sum_{i_1,i_2,\dots , i_k} A_{i_1,i_2,\dots , i_k}= \sum_{i_1}\bigl(\sum_{i_2} \dots \color{green}{\left[\sum_{i_k} A_{i_1,i_2,\dots , i_k}\right]} \cdots \bigr)$.
¿Por qué hay puntos después de que el verde de la suma? Es la última suma, así que nada viene después?


(Seguimiento 2) (II) Lamentablemente no entiendo las tres primeras frases en su respuesta. Por favor puede elaborar? Es $\sum_{j=1}^{r} B_j$ una cantidad o un múltiplo de la suma ya a escribir como una suma?

También, gracias por recomendar la escritura de varias sumas. En realidad, me gustan mejor también! Pero estoy confundida por $S=\sum_{i,j} \epsilon_{ij} = -\sum_{i,j} \epsilon_{ji} =-\sum_{j,i} \epsilon_{ji} =-S$. Se suman a lo largo del $i, j$ pero no es sólo una suma de aquí. ¿Por qué no dos sumas? Cual es mejor?

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MyPreciousss Puntos 357

La notación $\sum_{i_1,i_2,\dots , i_k}$ es solo corto la mano para las sumas iteradas $\sum_{i_1}$, $\sum_{i_2}, \dots , \sum_{i_k}$. Yo diría que (mi convenio) a partir de a $i_k$ y de continuar hacia el exterior a $i_1$:

$$ \sum_{i_1,i_2,\dots , i_k} A_{i_1,i_2,\dots , i_k}= \sum_{i_1}\bigl(\sum_{i_2} \dots \color{green}{\left[\sum_{i_k} A_{i_1,i_2,\dots , i_k}\right]} \cdots \bigr) $$

En particular, si denotamos $\color{green}{\sum_{i_k} A_{i_1,i_2,\dots , i_k} = A^1_{i_1,i_2,\dots , i_{k-1}}}$ $$ \sum_{i_1,i_2,\dots , i_k} A_{i_1,i_2,\dots , i_k}= \sum_{i_1}\bigl(\sum_{i_2} \dots \sum_{i_{k - 2}} \underbrace{\sum_{i_{k-1}} \color{green}{\left[A^1_{i_1,i_2,\dots , i_{k-1}}\right]}}_{\Large{A^2_{i_1,\dots ,i_{k - 3}, i_{k-2}}}} \cdots \bigr) $$

y así sucesivamente hasta que estamos $\sum_{i_1,i_2,\dots , i_k} A_{i_1,i_2,\dots , i_k} =\sum_{i_1} A^{k-1}_{i_1} $.
Esta sería mi defecto interpretación de dicha expresión. Algunas preguntas obvias para preguntar:

  1. ¿cómo estoy seguro de que no fue hecho en un orden diferente, decir comenzando con $i_1$ y de continuar hacia el exterior hasta que finalmente terminamos con la suma de más de $i_k$?

  2. espera, ¿incluso importar el orden de las sumatorias se toman? La versión más simple de esto es no $\sum_i (\sum_j A_{ij}) = \sum_j(\sum_i A_{ij})$ ?

Si la respuesta a (2.) no es, entonces, la respuesta a (1.) es que el orden de la suma no importa. Aquí, estamos asumiendo que (2.) se extiende a $k$-sumas. Pero es que claro, ya que siempre se puede romper
un $k$-en suma iterada $2$-resume, en otras palabras $\sum\limits_{i_1}\left(\sum\limits_{i_2,...,i_k}\right) = \sum\limits_{i_k}\left(\sum\limits_{i_1,...,i_{k - 1}}\right)$

Así, vamos a domicilio (2.). Para que sea fácil de entender veamos $n=2$: $$ \sum_{i=1}^2\sum_{j=1}^2 A_{ij} = \sum_{i=1}^2 (A_{i1}+A_{i2}) = (A_{11}+A_{12})+(A_{21}+A_{22}). $$ Comparar: $$ \sum_{i=j}^2\sum_{i=1}^2 A_{ij} = \sum_{j=1}^2 (A_{1j}+A_{2j}) = (A_{11}+A_{21})+(A_{12}+A_{22}). $$ Así como Hagen von Eitzen ha comentado, es sólo reorganización de paréntesis. Ahora, si estas sumatorias pasar a infinito límites superiores (de la serie), entonces no podemos reorganizar estas tan fácilmente. Algunas condiciones analíticas relativas a la homogeneidad de la convergencia debe ser cumplido. Pero, siempre y cuando las cantidades son finitos, se pueden reordenar.

Por cierto, si usted desea probar estas cosas cuidadosamente, usted necesitará una definición de la suma finita. Le recomiendo que $\sum_{i=1}^{1} A_i = A_1$$\sum_{i=1}^{n+1}A_i = A_{n+1}+\sum_{i=1}^{n}A_i$. La mayoría de los autores piensan que estas cosas son demasiado triviales para poner en los libros.

Tras el seguimiento:

I.) el superíndice de la notación en mi ejemplo es simplemente para poner de relieve la idea de que las sumatorias puede ser pensado como pasando de una en una. Es la misma idea que la integral iterada $\int_0^1 \int_{0}^{x}\int_0^{1-x-y} xydz \, dy \, dx$

  1. integramos más de $z$ dejando $\int_0^1 \int_{0}^{x} \underbrace{[xy(1-x)-xy^2)]}_{\text{like} \ A_1} \, dy \, dx$

  2. siguiente, integrar más de $y$ dejando $\int_0^1 \underbrace{[x\frac{x^2}{2}(1-x)-x\frac{x^3}{3})]}_{\text{like} \ A_2} \, dx$

  3. finalmente nos quedamos con una integral en una variable $\int_0^1 \underbrace{[x\frac{x^2}{2}(1-x)-x\frac{x^3}{3})]}_{\text{like} \ A_2} \, dx = \frac{-1}{24} $

Mi idea era la de suprimir los índices de la suma de destacar que después de la suma es completar ese índice se ha ido por los sumarios que seguir. Como $z$ o $y$ se ha ido como repetimos la integral de adentro hacia afuera.

II.) escrito varias sumas como una suma? Bueno, supongo que la suma es sólo una adición de un número finito de términos así podemos colocar los posibles índices en un conjunto ordenado y etiqueta de los índices de decir $1$ $r$donde $r$ es el total de número de sumandos, a continuación, la suma iterada se convierte en $\sum_{j=1}^{r} B_j$. Sin embargo, no recomiendo este. El punto de escribir en varias sumas se encuentra tanto desde su origen natural compuesto de recapitulación de los procesos (por ejemplo, la suma finita que establece la integral doble) así como el agradable propiedad que se repite en las sumas que nos permiten explotar las simetrías entre ciertos subconjuntos de los sumandos $B_1, \dots B_r$. Por ejemplo, $\sum_{i,j} \epsilon_{ij} = 0$ ya que, por definición, $\epsilon_{ij}=-\epsilon_{ji}$ y así: $$ S=\sum_{i,j} \epsilon_{ij} = -\sum_{i,j} \epsilon_{ji} =-\sum_{j,i} \epsilon_{ji} =-S $$ que muestra $S=0$.

III.) esto es más fácil, los puntos indican las muchas paréntesis no he escrito.

En respuesta a la Siguiente el seguimiento (2): que yo significaba para indicar que un múltiplo finito suma es solo la suma de un número finito de cosas. Por ejemplo, $$ \sum_{i=1}^3 \sum_{j=1}^3 A_{ij} = \sum_{r=1}^9 B_r $$ siempre que definen $B_1 = A_{11}, B_2 = A_{12}, \dots , B_9 = A_{33}$. Esto no suele ser un buen paso ya que oculta cualquier agradable simetrías de los sumandos $A_{ij}$. Volviendo a mi comentario, para ser más pedante \begin{align} S &= \sum_i \sum_j \epsilon_{ij} \\ &= -\sum_i \sum_j \epsilon_{ji} \qquad \text{since %#%#%} \\ &= -\sum_j \sum_i \epsilon_{ji} \qquad \text{property of finite sums, can swap order}\\ &=-S \end{align} y por lo tanto $\epsilon_{ij} = -\epsilon_{ji}$.

1voto

MyPreciousss Puntos 357

Esta respuesta añade detalle a los comentarios. En particular, está destinado principalmente a proporcionar la prueba de la siguiente afirmación básica sobre finito de sumas: Vamos a llamar a esta $P_n$:

$$ \sum_{i=1}^{n} \biggl( \sum_{j=1}^{n} B_{ij} \biggr) = \sum_{j=1}^{n}\biggl( \sum_{i=1}^{n} B_{ij} \biggr) $$

Aquí se supone que $B_{ij}$ se dan escalares (podría ser real, complejo, incluso funciones)

Prueba: utilizamos la inducción en $n$. Observar para $n=1$ es trivialmente cierto como $B_{11}=B_{11}$, por lo que no suma, incluso, es posible. Aunque creo que no es lógicamente necesario, puede ser útil para ver la prueba de $n=2$ así: $$ \sum_{i=1}^{2}\sum_{j=1}^{2} B_{ij} = \sum_{i=1}^{2} [B_{i1}+B_{i2}] = [B_{11}+B_{12}] + [B_{21}+B_{22}] $$ Por otro lado, $$ \sum_{j=1}^{2}\sum_{i=1}^{2} B_{ij} = \sum_{j=1}^{2} [B_{1j}+B_{2j}] = [B_{11}+B_{21}] + [B_{11}+B_{21}]. $$ Las sumas en el orden contrario a producir los mismos términos en general, sólo se reordena.

A continuación, supongamos que de forma inductiva que $P_n$ es cierto para algunos $n > 1$. Utilizando la definición de suma de todo y la inducción de la hipótesis en la transición de la 3-rd para la 4 ª línea: \begin{align} \notag \sum_{i=1}^{n+1}\sum_{j=1}^{n+1} B_{ij} &=\sum_{i=1}^{n+1}\biggl[ B_{i,n+1}+\sum_{j=1}^{n} B_{ij} \biggr] \\ \notag &=\sum_{i=1}^{n+1} B_{i,n+1}+\sum_{i=1}^{n+1}\sum_{j=1}^{n} B_{ij} \\ \notag &=\sum_{i=1}^{n+1} B_{i,n+1}+\sum_{j=1}^{n} B_{n+1,j}+\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n} B_{ij} \\ \notag &=\sum_{i=1}^{n+1} B_{i,n+1}+\sum_{j=1}^{n} B_{n+1,j}+\sum_{j=1}^{n}\sum_{i=1}^{n} B_{ij} \\ \notag &=\sum_{i=1}^{n+1} B_{i,n+1}+\sum_{j=1}^{n} \left[ B_{n+1,j}+\sum_{i=1}^{n} B_{ij} \right] \\ \notag &=\sum_{i=1}^{n+1} B_{i,n+1}+\sum_{j=1}^{n}\sum_{i=1}^{n+1} B_{ij} \\ \notag &=\sum_{j=1}^{n+1}\sum_{i=1}^{n+1} B_{ij} \notag \end{align} Por lo tanto $n$ implica $n+1$$P_n$, por tanto, por la prueba por inducción matemática nos encontramos con $P_n$ es cierto para todos los $n \in \mathbb{N}$. En resumen, podemos intercambiar el orden finito de sumas.

Ahora, en cuanto a por qué es malo que solo bulto en todos los índices en uno más largo que van índice, el ejemplo en el que me mostraron $S=-S$ por lo tanto $S=0$ es un ejemplo. Si acabo de escribir todas las condiciones que me llevaría más tiempo para la cancelación, que es esencialmente de manifiesto en el doble del índice de notación. Un importante lema del tensor de cálculo, es que cada vez que vemos un simétrica par de índices contratado (sumando todos los valores) multiplicado con un objeto con antisimétrica índices, a continuación, el resultado es cero. Esto sucede en muchos de los cálculos que he visto. He aquí una de cálculo III, $$ (\nabla \times \nabla f)_k = \sum_{i,j=1}^{3} \epsilon_{ijk} \partial_i \partial_j f$$ Clairaut del teorema dice que para dos veces continuamente diferenciable funciones de $\partial_i \partial_j f=\partial_j \partial_i f$ por lo tanto la expresión anterior es simétrica en $i,j$, mientras que de $\epsilon_{ijk}$ es antisimétrica por lo tanto $(\nabla \times \nabla f)_k=0$ $k=1,2,3$ por lo tanto $\nabla \times \nabla f =0$.

Nota, el símbolo de $\epsilon_{ijk}$ es completamente antisimétrico símbolo. Es definido por $\epsilon_{123}=1$ y el supuesto antisymmetry. Por ejemplo, $\epsilon_{112}=0$, mientras que de $\epsilon_{213}=-1$ $\epsilon_{231}=1$ etc... hay seis valores distintos de cero y 21 triples donde $\epsilon_{ijk}=0$.

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