题目
Problem
(a) Use standard results from the list of formulae (MF19) to show that
r=1∑n(r−1)2=an3+bn2+cn,
where a, b and c are constants to be determined.
(2)
It is given that
ur=r2−2r+11−r2+2r+11.
(b) Use the method of differences to find r=2∑nur in terms of n.
(4)
(c) State the value of r=2∑∞ur.
(1)
题目中文翻译
(a) 利用公式表(MF19)中的标准结果,证明
r=1∑n(r−1)2=an3+bn2+cn,
其中 a、b 和 c 是待求的常数。
(2)
已知
ur=r2−2r+11−r2+2r+11.
(b) 利用差分法求 r=2∑nur,用 n 表示。
(4)
(c) 写出 r=2∑∞ur 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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先展开平方,再分别使用平方和、自然数和与常数项求和公式。
答题过程
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Using the standard results,
r=1∑n(r−1)2====r=1∑nr2−2r=1∑nr+n6n(n+1)(2n+1)−n(n+1)+n62n3+3n2+n−n231n3−21n2+61n.
Hence a=1/3, b=−1/2, c=1/6.
(b)
解法一
思路
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两个分母都是完全平方。相隔两项的倒数平方会相消,因此首尾各有两项留下。
答题过程
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We have
ur=(r−1)21−(r+1)21.
For n≥7, the first and last three terms display the cancellation below. For 2≤n≤6, directly cancelling the corresponding terms gives the same result. Using the method of differences,
r=2∑nur=(1−321)+(221−421)+(321−521)+⋯+((n−3)21−(n−1)21)+((n−2)21−n21)+((n−1)21−(n+1)21).
Every interior negative term cancels a positive term two positions later. The surviving terms give
r=2∑nur=45−n21−(n+1)21.
(c)
解法一
思路
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令有限和中的n趋向无穷,两项倒数平方都趋于零。
答题过程
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Taking n→∞ in (b),
r=2∑∞ur=45.