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Demostrar $ \sum_{k=0}^n k4^k = \frac 49((3n-1)4^n + 1) $ por inducción

Demostrar que para cada posición entero $n$ que

$$ \sum_{k=0}^n k4^k = \frac 49((3n-1)4^n + 1) $$

Prueba: Supongamos $P(n)$ denotar la declaración anterior.

Caso Base: $n=1$ : tenga en cuenta que $$ \sum_{k=1}^1 k4^k = \frac 49((3(1)-1)4^{(1)} + 1) $$

$\frac 49((3(1)-1)4^{(1)} + 1) = \frac49((2)4+1) = \frac49(8+1) = \frac 49(9) = 4$

$k4^k = (1)4^{(1)} = 4$

Entonces, P(1) posea.

Inductivo Paso: Vamos A $s\ge1$. Suponga que P(s), por lo que

$$ \sum_{k=1}^s k4^k = \frac 49((3s-1)4^s + 1) $$

Nota

$$ \sum_{k=1}^{s+1} k4^k = \sum_{k=1}^{s} k4^k + (s+1)4^{s+1} $$

y por hipótesis inductiva:

**

$$ \frac 49((3s-1)4^s + 1) + (s+1)4^{s+1} $$ **

Me temo que estoy atascado después de este punto. Sé que mi extremo debe ser:

$$ \sum_{k=1}^{s+1} k4^k = \frac 49((3(s+1)-1)4^{s+1} + 1) $$

pero no sé cómo llegar desde los asteriscos a la anterior. Cualquier ayuda sería muy apreciada.

2voto

Así que a partir de donde se terminó sólo tenemos que manipular correctamente:

$$\frac{4}{9}((3s - 1)4^s + 1) + (s + 1)4^{s + 1} $$

$$= \frac{4}{3}s4^s - \frac{4}{9}4^s + \frac{4}{9} + s4^{s + 1} + 4^{s + 1}$$

$$=\Big( \frac{s}{3} - \frac{1}{9} + s + 1 \Big)4^{s + 1} + \frac{4}{9}$$

$$=\frac{4}{9}\Big( (3s + 2)4^{s + 1} + 1 \Big)$$

$$=\frac{4}{9}\Big( (3(s + 1) - 1)4^{s + 1} + 1 \Big)$$

2voto

Sam Weatherhog Puntos 1229

Todo lo que usted necesita hacer es ampliar la expresión que se obtuvo después de usar la hipótesis inductiva (en general, si usted no sabe a dónde ir, por lo menos hacer algo que usted sabe que puede hacer!). Usted obtener:

$$ \begin{split} \frac{4}{9}((3s-1)4^s+1)+(s+1)4^{s+1}&= \frac{1}{9}(3s-1)4^{s+1}+\frac{4}{9}+s\cdot 4^{s+1}+4^{s+1} \\ &=\frac{1}{3}s\cdot 4^{s+1}-\frac{1}{9}4^{s+1}+\frac{4}{9}+s4^{s+1}+4^{s+1} \\ &=4^{s+1}\left[\frac{s}{3}-\frac{1}{9}+s+1 \right]+\frac{4}{9} \\ &= 4^{s+1} \left[ \frac{3s-1+9s+9}{9}\right]+\frac{4}{9} \\ &= 4^{s+1} \left[\frac{12s+8}{9} \right] \\ &= \frac{4}{9}[(3s+2)4^{s+1}+1] \\ &=\frac{4}{9}[(3(s+1)-1)4^{s+1}+1] \end{split} $$

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