题目
Problem
(a) Use the List of formulae (MF19) to find r=1∑n(2r+1) in terms of n, simplifying your answer.
(2)
(b) Show that
(r2+1)(r2+2r+2)2r+1=r2+11−r2+2r+21.
(1)
(c) Use the method of differences to find r=1∑n(r2+1)(r2+2r+2)2r+1.
(2)
(d) Deduce the value of r=1∑∞(r2+1)(r2+2r+2)2r+1.
(1)
题目中文翻译
(a) 利用公式表(MF19)求 r=1∑n(2r+1),以 n 表示,并化简答案。
(2)
(b) 证明
(r2+1)(r2+2r+2)2r+1=r2+11−r2+2r+21.
(1)
(c) 用差分法求 r=1∑n(r2+1)(r2+2r+2)2r+1。
(2)
(d) 由此求 r=1∑∞(r2+1)(r2+2r+2)2r+1 的值。
(1)
原卷通用作答要求
Answer all questions. You should use a calculator where appropriate.
You must show all necessary working clearly; no marks will be given for unsupported answers from a calculator.
Give non-exact numerical answers correct to 3 significant figures, or 1 decimal place for angles in degrees, unless a different level of accuracy is specified in the question.
请回答所有题目。适当时应使用计算器。必须清楚展示所有必要的计算过程;仅给出计算器答案而没有过程,不予评分。除非题目另有精度要求,非精确数值答案保留 3 位有效数字,以度为单位的角度保留 1 位小数。
解答
(a)
解法一
思路
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把求和拆成自然数之和与常数之和,再提取公因式。
答题过程
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Using ∑r=1nr=21n(n+1),
r=1∑n(2r+1)===2r=1∑nr+r=1∑n1n(n+1)+nn(n+2).
(b)
解法一
思路
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右边通分,分子的平方项和常数相消后恰为2r+1。
答题过程
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r2+11−r2+2r+21==(r2+1)(r2+2r+2)r2+2r+2−(r2+1)(r2+1)(r2+2r+2)2r+1,
which is the required identity.
(c)
解法一
思路
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第二个分母等于下一个整数的平方加1。因此相邻括号的负项和正项相消,只剩首项与末项。
答题过程
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By (b), the summand is r2+11−(r+1)2+11. Thus
Sn==(21−51)+(51−101)+(101−171)+⋯+((n−2)2+11−(n−1)2+11)+((n−1)2+11−n2+11)+(n2+11−(n+1)2+11)21−n2+2n+21.
The displayed cancellation applies for sufficiently large n; the same formula holds directly for the smaller positive integers.
(d)
解法一
思路
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无穷级数的和是部分和的极限,末项分母趋于无穷。
答题过程
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From (c),
n→∞limSn=21−n→∞limn2+2n+21=21.