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Serie infinita de fórmulas

¿Cómo puedo calcular esta serie infinita

$$ \sum_{k=0}^{\infty}{\frac{(7n+32)(3^n)}{n(n+2)(4^n)}}$$

Creo que la descomposición en fracciones parciales forma parte del método de resolución pero estoy un poco atascado porque el $3^n$ y el $4^n$ hacen que el método de descomposición sea un poco extraño:

${\frac{(7n+32)(3^n)}{n(n+2)(4^n)}} = {\frac{A}{n}} + {\frac{B}{n+2}} + {\frac{C}{4^n}}$

$(7n+32)(3^n) = A(n+2)(4^n) + B(n)(4^n) + C(n)(n+2)$

$7n(3^n) + 32(3^n) = An (4^n) + 2A(4^n) + B(n)(4^n) + C(n^2 + 2n)$

$7n(3^n) + 32(3^n) = (An +2A + Bn)(4^n) + C(n^2 + 2n)$

atascado sobre cómo proceder.

3voto

Fimpellizieri Puntos 155

Yo lo haría de la siguiente manera.

$$ \sum_{n=0}^{\infty}{\frac{(7n+32)(3^n)}{n(n+2)(4^n)}}= 7\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{1}{n+2}{\left(\frac34\right)}^n} + 32\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{1}{n(n+2)}{\left(\frac34\right)}^n}$$

Ahora, tenemos que

$$\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{1}{n+2}{\left(\frac34\right)}^n}= {\left(\frac34\right)}^{-2}\cdot\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{1}{n+2}{\left(\frac34\right)}^{n+2}}\\ ={\left(\frac34\right)}^{-2}\cdot\sum_{n=2}^{\infty}{\frac{1}{n}{\left(\frac34\right)}^{n}}$$

Ahora, para $|r|<1$ tenemos que

$${(1-r)}^{-1}=\sum_{n\geq0}r^n,$$

de modo que integrando ambos lados por $r$ produce

$$-\ln(1-r)=\sum_{n\geq0}\frac1{n+1}r^{n+1}=\sum_{n\geq1}\frac1nr^n.$$

De ello se deduce que

$$\sum_{n=2}^{\infty}{\frac{1}{n}{\left(\frac34\right)}^{n}}=-\ln\left(1-\frac34\right)-\frac34=2\ln(2)-\frac34.$$

Por último, utilizamos una descomposición de fracción parcial en $\frac1{n(n+2)}=\frac12\frac1n-\frac12\frac1{n+2}$ y esto divide la serie final en dos series que se pueden resolver como la que acabamos de hacer. ¿Crees que puedes terminarlo?

EDITAR: Bueno, me acabo de dar cuenta de que en su pregunta inicial hay una división por $0$ en el $n=0$ término, pero esto no debería cambiar tu enfoque para resolver la pregunta. Suponiendo que la suma se realice para $n\geq1$ debe obtener $\frac{33}2$ al final.

3voto

Farkhod Gaziev Puntos 6

SUGERENCIA:

$$\frac{(7n+32)(3^n)}{n(n+2)(4^n)}=\frac{(4^2(n+2)-3^2)(3^n)}{n(n+2)(4^n)}$$

$$=\dfrac{3^n}{n4^{n-2}}-\dfrac{3^{n+2}}{(n+2)4^n}$$

$$=16\left(\dfrac{(3/4)^n}n-\dfrac{(3/4)^{n+2}}{n+2}\right)$$

0 votos

Y $$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{x^n}{n}=-\log(1-x)$$ (+1).

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