题目
Problem
4. (a) Use the standard results for r=1∑nr2 and r=1∑nr to show that
=r=1∑n(2r−1)231n(4n2−1)
for all positive integers n.
(5)
(b) Hence find the exact value of the sum of the squares of the odd numbers between 200 and 500
(4)
题目中文翻译
4. (a) 利用 r=1∑nr2 和 r=1∑nr 的标准结果证明
=r=1∑n(2r−1)231n(4n2−1)
对所有正整数 n 成立。
(5)
(b) 由此求 200 到 500 之间所有奇数的平方和的精确值。
(4)
解答
(a)
解法一
思路
展开
先展开每项,再分别使用平方和、自然数和及常数项求和。提取公因式后,把括号内的乘积逐项展开并合并,得到题目要求的结果。
答题过程
展开
Let
Sn=r=1∑n(2r−1)2.
Since
(2r−1)2=4r2−4r+1,
we have
Sn=−4r=1∑nr24r=1∑nr+n.
Using the standard results,
Sn=−32n(n+1)(2n+1)2n(n+1)+n.
Factoring out 31n gives
Sn====31n[2(n+1)(2n+1)−6(n+1)+3]31n[2(2n2+3n+1)−6n−6+3]31n[4n2+6n+2−6n−6+3]31n(4n2−1).
Hence, for every positive integer n,
=r=1∑n(2r−1)231n(4n2−1).
(b)
解法一
思路
展开
把奇数写成 2r−1,则最小的 201 对应 r=101,最大的 499 对应 r=250。利用 (a) 的结果,以前 250 项和减去前 100 项和。
答题过程
展开
The first and last odd numbers in the interval are 201 and 499. Solving
2r−1=201
gives r=101, while
2r−1=499
gives r=250. Therefore, using Sn from part (a), the required sum is
=r=101∑250(2r−1)2S250−S100.
From part (a),
S250==31(250)[4(250)2−1]20833250,
and
S100==31(100)[4(100)2−1]1333300.
Hence the required sum is
=20833250−133330019499950.