Una forma común de tratar con esto es mediante la generación de función.
En este problema, la clave es generar la $k^2$ factor en la suma.
Aviso si usted tiene un polinomio $P(z) = \sum_{k=0}^n a_k z^k$$z$, cada vez que
aplicar el operador $z\frac{d}{dz}$, $z^k$ plazo recogerá un factor adicional $k$. Más exactamente, usted va a tener
$$\left(z\frac{d}{dz}\right)^m P(z) = \sum_{k=0}^n a_k k^m z^k$$
Con esto en mente, uno encontrar
$$\begin{align}
\sum_{k=0}^n \binom{n}{k} k^2 z^k = &
\sum_{k=0}^n \binom{n}{k} \left(z\frac{d}{dz}\right)^2 z^k =
\left(z\frac{d}{dz}\right)^2 \sum_{k=0}^n \binom{n}{k} z^k\\
= & \left(z\frac{d}{dz}\right)^2 (1+z)^n
= z\frac{d}{dz} nz(1+z)^{n-1}\\
= & z \left( n(1+z)^{n-1} + n(n-1)z(1+z)^{n-2}\right)
\end{align}$$
Tomando $z = 1$ en ambos lados, uno conseguir
$$\sum_{k=0}^n \binom{n}{k} k^2 = n 2^{n-1} + n(n-1) 2^{n-2} = (n^2 + n) 2^{n-2}$$