Let K be a positive integer and X > 1
I f ∑ N = 1 ∞ X N N K = ( X − 1 ) K + 1 ∑ J = 0 K − 1 b K − J ∗ X K − J
where b 1 = b K = 1 and each constant b i where ( 2 < = i < = K − 1 ) is a positive integer
t h e n
(A:) ∑ N = 1 ∞ X N N K + 1 = ( X − 1 ) K + 2 X K + 1 + ( ∑ J = 0 K − 2 ( ( K − J ) ∗ b K − J + ( J + 2 ) ∗ b K − J − 1 ) ∗ X K − J ) + X a n d (B:) ∫ 2 3 ∑ N = 1 ∞ X N N K + 1 d x =
ln ( 2 ) + ( ∑ J = 1 K + 1 ( K + 1 − J ) ! ∗ J ! ∗ J ( K + 1 ) ! ∗ ( 1 − 2 J 1 ) ) + ( ∑ J = 0 K − 2 ( ( K − J ) ∗ b K − J + ( J + 2 ) ∗ b K − J − 1 ) ∑ M = 0 K − J ( K − J − M ) ! ∗ M ! ( K − J ) ! ∗ ( J + M + 1 1 ) ∗ ( 1 − 2 J + M + 1 1 ) ) + ( K 1 ∗ ( 1 − 2 K 1 ) + K + 1 1 ∗ ( 1 − 2 K + 1 1 ) )
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Let K be a positive integer.
Replace X by X 1 in ∑ N = 1 ∞ X N N K = ( X − 1 ) K + 1 ∑ J = 0 K − 1 b K − J ∗ X K − J ⟹
∑ N = 1 ∞ N K ∗ X N = ( 1 − X ) K + 1 ∑ J = 0 K − 1 b K − J ∗ X J + 1
d / d x ( ∑ N = 1 ∞ N K ∗ X N ) = ( 1 − X ) K + 2 ∑ J = 0 K − 1 ( J + 1 ) ∗ b K − J ∗ X J − ∑ J = 0 K − 1 ( J + 1 ) ∗ b K − J ∗ X J + 1 + ( K + 1 ) ∗ ∑ J = 0 K − 1 b K − J ∗ X J + 1 =
[ b K + ( K ∗ b K + 2 ∗ b K − 1 ) ∗ X + ( ( K − 1 ) ∗ b K − 1 + 3 ∗ b K − 2 ) ∗ X 2 + . . . +
( ( K − J ) ∗ b K − J + ( J + 2 ) ∗ b K − J − 1 ) ∗ X J + 1 + . . . + ( 2 ∗ b 2 + K ∗ b 1 ) ∗ X K − 1 + b 1 ∗ X K ] / ( 1 − X ) K + 2 = ( 1 − X ) K + 2 b K + ( ∑ J = 0 K − 2 ( ( K − J ) ∗ b K − J + ( J + 2 ) ∗ b K − j − 1 ) ∗ X J + 1 ) + b 1 ∗ X K ⟹
∑ N = 1 ∞ N K + 1 ∗ X N = ( 1 − X ) K + 2 b K ∗ X + ( ∑ J = 0 K − 2 ( ( K − J ) ∗ b K − J + ( J + 2 ) ∗ b K − j − 1 ) ∗ X J + 2 ) + b 1 ∗ X K + 1
Replacing X by X 1 ⟹
∑ N = 1 ∞ X N N K + 1 = ( X − 1 ) K + 2 X K + 1 + ( ∑ J = 0 K − 2 ( ( K − J ) ∗ b K − J + ( J + 2 ) ∗ b K − J − 1 ) ∗ X K − J ) + X
N o w L e t U = X − 1 a n d
I 1 = ∫ 1 2 U K + 2 ( U + 1 ) K + 1 d u
L e t a J = ( K − J ) ∗ b K − J + ( J + 2 ) ∗ b K − J − 1 a n d I 2 = ∫ 1 2 ∑ J = 0 K − 2 a J ∗ U K + 2 ( U + 1 ) K − J d u
a n d I 3 = ∫ 1 2 U K + 2 U + 1
For I 1 :
I 1 = ∫ 1 2 U K + 2 ( U + 1 ) K + 1 d u = ∫ 1 2 U 1 d u + ∑ J = 1 K + 1 ( K + 1 − J ) ! ∗ J ! ( K + 1 ) ! ∫ 1 2 U − ( J + 1 ) d u =
ln ( U ) − ∑ J = 1 K + 1 ( K + 1 − J ) ! ∗ J ! ∗ J ( K + 1 ) ! ∗ ( U J 1 ) ∣ 1 2 = l n ( 2 ) + ∑ J = 1 K + 1 ( K + 1 − J ) ! ∗ J ! ∗ J ( K + 1 ) ! ∗ ( 1 − 2 J 1 )
∴ I 1 = l n ( 2 ) + ∑ J = 1 K + 1 ( K + 1 − J ) ! ∗ J ! ∗ J ( K + 1 ) ! ∗ ( 1 − 2 J 1 )
For I 2 :
I 2 = ∫ 1 2 ∑ J = 0 K − 2 a J ∗ U K + 2 ( U + 1 ) K − J d u =
∑ J = 0 K − 2 a J ∫ 1 2 U K + 2 ( U + 1 ) K − J d u = ∑ J = 0 K − 2 a J ∑ M = 0 K − J ( K − J − M ) ! ∗ M ! ( K − J ) ! ∫ 1 2 U − ( J + M + 2 ) d u = ∑ J = 0 K − 2 a J ∑ M = 0 K − J ( K − J − M ) ! ∗ M ! ( K − J ) ! ∗ ( J + M + 1 − 1 ) ∗ ( U J + M + 1 1 ) ∣ 1 2 =
∑ J = 0 K − 2 a J ∑ M = 0 K − J ( K − J − M ) ! ∗ M ! ( K − J ) ! ∗ ( J + M + 1 1 ) ∗ ( 1 − 2 J + M + 1 1 )
∴ I 2 = ∑ J = 0 K − 2 ( ( K − J ) ∗ b K − J + ( J + 2 ) ∗ b K − J − 1 ) ∑ M = 0 K − J ( K − J − M ) ! ∗ M ! ( K − J ) ! ∗ ( J + M + 1 1 ) ∗ ( 1 − 2 J + M + 1 1 )
For I 3 :
I 3 = ∫ 1 2 U − ( K + 1 ) + U − ( K + 2 ) d u = K 1 ∗ ( 1 − 2 K 1 ) + K + 1 1 ∗ ( 1 − 2 K + 1 1 )
∴ ∫ 2 3 ∑ N = 1 ∞ X N N K + 1 d x =
ln ( 2 ) + ( ∑ J = 1 K + 1 ( K + 1 − J ) ! ∗ J ! ∗ J ( K + 1 ) ! ∗ ( 1 − 2 J 1 ) ) + ( ∑ J = 0 K − 2 ( ( K − J ) ∗ b K − J + ( J + 2 ) ∗ b K − J − 1 ) ∑ M = 0 K − J ( K − J − M ) ! ∗ M ! ( K − J ) ! ∗ ( J + M + 1 1 ) ∗ ( 1 − 2 J + M + 1 1 ) ) + ( K 1 ∗ ( 1 − 2 K 1 ) + K + 1 1 ∗ ( 1 − 2 K + 1 1 ) )