Added k-th powers post

This commit is contained in:
2016-07-22 20:27:50 +03:00
parent c05f0438be
commit c524097512
46 changed files with 623 additions and 81 deletions

View File

@@ -0,0 +1,142 @@
<!DOCTYPE html>
<!--[if lt IE 7]> <html class="no-js lt-ie9 lt-ie8 lt-ie7"> <![endif]-->
<!--[if IE 7]> <html class="no-js lt-ie9 lt-ie8"> <![endif]-->
<!--[if IE 8]> <html class="no-js lt-ie9"> <![endif]-->
<!--[if gt IE 8]><!--> <html class="no-js"> <!--<![endif]-->
<head>
<meta charset="utf-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge,chrome=1">
<title> Нахождение суммы k-ых степеней
</title>
<meta name="description" content="">
<meta name="viewport" content="width=device-width">
<link rel="stylesheet" href="../../theme/css/normalize.css">
<link href='http://fonts.googleapis.com/css?family=Philosopher&subset=latin,cyrillic' rel='stylesheet' type='text/css'>
<link href='http://fonts.googleapis.com/css?family=Forum&subset=cyrillic' rel='stylesheet' type='text/css'>
<link href='//fonts.googleapis.com/css?family=Oswald' rel='stylesheet' type='text/css'>
<link href='http://fonts.googleapis.com/css?family=Ubuntu+Mono' rel='stylesheet' type='text/css'>
<link href='http://fonts.googleapis.com/css?family=PT+Sans' rel='stylesheet' type='text/css'>
<link rel="stylesheet" href="../../theme/css/font-awesome.min.css">
<link rel="stylesheet" href="../../theme/css/main.css">
<link rel="stylesheet" href="../../theme/css/blog.css">
<link rel="stylesheet" href="../../theme/css/github.css">
<link href="http://likemath.ru/feeds/all.atom.xml" type="application/atom+xml" rel="alternate" title="Блог 529 Atom Feed" />
<link href="http://likemath.ru/feeds/all.rss.xml" type="application/rss+xml" rel="alternate" title="Блог 529 RSS Feed" />
<script src="../../theme/js/vendor/modernizr-2.6.2.min.js"></script>
</head>
<body>
<!--[if lt IE 7]>
<p class="chromeframe">You are using an <strong>outdated</strong> browser. Please <a href="http://browsehappy.com/">upgrade your browser</a> or <a href="http://www.google.com/chromeframe/?redirect=true">activate Google Chrome Frame</a> to improve your experience.</p>
<![endif]-->
<div id="wrapper">
<header id="sidebar" class="side-shadow">
<hgroup id="site-header">
<a id="site-title" href="../.."><h2><i class="icon-coffee"></i> Блог 529</h2></a>
<p id="site-desc"> Project Euler и остальное </p>
</hgroup>
<nav>
<ul id="nav-links">
<li><a href="../..//">Главная</a></li>
<li><a href="../../pages/projects.html">Мои проекты</a></li>
<li><a href="../../pages/about.html">Об авторе</a></li>
<li><a href="../../feeds/feed.atom.xml">Atom feed</a></li>
</ul>
</nav>
<footer id="site-info">
<p>
Powered by Pelican.
</p>
</footer></header>
<div id="post-container">
<ol id="post-list">
<li>
<article class="post-entry">
<header class="entry-header">
<time class="post-time" datetime="2016-07-22T13:35:00+03:00" pubdate>
Пт 22 Июль 2016
</time>
<a href="../../posts/nakhozhdenie-summy-k-ykh-stepenei/" rel="bookmark"><h1>Нахождение суммы k-ых&nbsp;степеней</h1></a>
</header>
<section class="post-content">
<p>Давайте сразу обобщим задачу до нахождения <span class="math">\(f_k\left( n \right)\)</span>, что <div class="math">$$f_k\left( n \right) = 1^k + 2^k + \ldots + n^k$$</div>
Для <span class="math">\(k=1\)</span> формула известна всем школьникам: <span class="math">\(f_1\left( n \right) = \frac{n\left(n+1 \right)}{2}\)</span>. Формулу для <span class="math">\(k=2\)</span> знают уже не все, но всё же в школе её найти можно (я видел на обложке учебника по алгебре): <span class="math">\(f_2\left( n \right) = \frac{n\left(n+1 \right) \left( 2n + 1&nbsp;\right)}{6}\)</span></p>
<p>Интуиция может подсказать, что <span class="math">\(f_k \left( n \right)\)</span> есть некий полином со степенью <span class="math">\(k+1\)</span>. Если это так, то его нахождение тривиально. Например, можно посчитать его в явном виде, используя <a href="https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D1%87%D0%BB%D0%B5%D0%BD_%D0%9B%D0%B0%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B6%D0%B0">полином Лагагранжа</a>.
Осталось показать, что наша функция представима в таком&nbsp;виде.</p>
<p>Для начала введём обозначение. &#8220;Нижней степенью&#8221;, <span class="math">\(x^{\underline{k}}\)</span>, будем обозначать такое выражение: <div class="math">$$x^{\underline{k}} = x(x-1)\cdot \ldots \cdot (x-k+1)$$</div>.</p>
<p>Далее, заметим следующее, если <span class="math">\(a_i = A_{i+1} - A_i\)</span>, где <span class="math">\(\lbrace a_i \rbrace\)</span> и <span class="math">\(\lbrace A_i \rbrace\)</span> &#8212; некие последовательности, то <span class="math">\(\sum_{i=1}^n = A_{n+1}-A_1\)</span> (<em>телескопирование</em>, можно посмотреть <a href="http://www.mi.ras.ru/~scepin/interpol.pdf">тут</a>, с.&nbsp;6).</p>
<p>Теперь посчитаем сумму <span class="math">\(\sum_{i=1}^n i^{\underline{k}}\)</span>. Для этого достаточно понять, что <span class="math">\(\left( x+1 \right)^{\underline{k+1}} - \left(x \right)^{\underline{k+1}} = \left( k+ 1 \right)x^{\underline{k}}\)</span>. Отсюда сразу получаем, что
<div class="math">$$\sum_{i=1}^n i^{\underline{k}} = \frac{\left( n+1 \right)^{\underline{k+1}}}{k+1}$$</div>
</p>
<p>Осталось показать, что &#8220;нормальные&#8221; степени выражаются через нижние. Начнём со степени <span class="math">\(k=1\)</span>, тут всё просто:
<div class="math">$$x = x^{\underline{1}}$$</div>
С бОльшими степенями сделаем следующее: считая, что все степени, меньше, чем <span class="math">\(k\)</span> мы выражать умеем, раскроем скобки в определении нижней степени. Теперь поймём, что старший коэффициент <span class="math">\(1\)</span>: <span class="math">\(x^{\underline{k}} = x^k + \sum_{i=1}^k a_ix^i\)</span> или <span class="math">\(x^k = \sum_{i=1}^k a_ix^i - x^{\underline{k}}\)</span>. Осталось понять, что каждое из слагаемых вида <span class="math">\(a_ix^i\)</span> мы умеем выражать через нижние степени. Таким образом, можно получить следующее:
<div class="math">$$ \sum_{i=1}^{n} i^k = \sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{k} a_j i^{\underline{k}} = \sum_{j=1}^{k} \sum_{i=1}^{n} a_j i^{\underline{k}} = \sum_{j=1}^{k} \frac{a_j \left(n+1 \right)^{\underline{k+1}}}{k+1}$$</div>
</p>
<p>Кстати, формула для суммы в самом начале такая:
<div class="math">$$ \sum_{i=1}^n i^5 = \frac{1}{12} n^2 \left(n+1 \right)^2 \left(2n^2 + 2n-1 \right) $$</div>
</p>
<script type="text/javascript">if (!document.getElementById('mathjaxscript_pelican_#%@#$@#')) {
var mathjaxscript = document.createElement('script');
mathjaxscript.id = 'mathjaxscript_pelican_#%@#$@#';
mathjaxscript.type = 'text/javascript';
mathjaxscript.src = '//cdn.mathjax.org/mathjax/latest/MathJax.js?config=TeX-AMS-MML_HTMLorMML';
mathjaxscript[(window.opera ? "innerHTML" : "text")] =
"MathJax.Hub.Config({" +
" config: ['MMLorHTML.js']," +
" TeX: { extensions: ['AMSmath.js','AMSsymbols.js','noErrors.js','noUndefined.js'], equationNumbers: { autoNumber: 'AMS' } }," +
" jax: ['input/TeX','input/MathML','output/HTML-CSS']," +
" extensions: ['tex2jax.js','mml2jax.js','MathMenu.js','MathZoom.js']," +
" displayAlign: 'center'," +
" displayIndent: '0em'," +
" showMathMenu: true," +
" tex2jax: { " +
" inlineMath: [ ['\\\\(','\\\\)'] ], " +
" displayMath: [ ['$$','$$'] ]," +
" processEscapes: true," +
" preview: 'TeX'," +
" }, " +
" 'HTML-CSS': { " +
" styles: { '.MathJax_Display, .MathJax .mo, .MathJax .mi, .MathJax .mn': {color: 'black ! important'} }" +
" } " +
"}); ";
(document.body || document.getElementsByTagName('head')[0]).appendChild(mathjaxscript);
}
</script>
</section>
<hr/>
<aside class="post-meta">
<p>Категория: <a href="../../category/misc.html">misc</a></p>
<p>Теги: <a href="../../tag/matematika.html">математика</a>, </p>
</aside>
<hr/>
<div class="comments">
<div id="disqus_thread"></div>
<script type="text/javascript">
var disqus_shortname = 'likemath';
(function() {
var dsq = document.createElement('script'); dsq.type = 'text/javascript'; dsq.async = true;
dsq.src = '//' + disqus_shortname + '.disqus.com/embed.js';
(document.getElementsByTagName('head')[0] || document.getElementsByTagName('body')[0]).appendChild(dsq);
})();
</script>
<noscript>Please enable JavaScript to view the <a href="http://disqus.com/?ref_noscript">comments powered by Disqus.</a></noscript>
<a href="http://disqus.com" class="dsq-brlink">comments powered by <span class="logo-disqus">Disqus</span></a>
</div>
</article>
</li>
</ol>
</div>
</div>
<script>
var _gaq=[['_setAccount','UA-62001537-1'],['_trackPageview']];
(function(d,t){var g=d.createElement(t),s=d.getElementsByTagName(t)[0];
g.src=('https:'==location.protocol?'//ssl':'//www')+'.google-analytics.com/ga.js';
s.parentNode.insertBefore(g,s)}(document,'script'));
</script>
<script src="../../theme/js/main.js"></script>
</body>
</html>