n = 1 ∑ 4 6 ( n − 1 ) ! ( n 3 − n 2 − 3 n − 4 )
If the summation above equals to S , evaluate ( 4 6 ! S − 1 ) 3 1 .
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Simple standard approach.
@Sourabh Jangid How did you think if such a split?
∴ T o a v o i d f a c t o r i a l s o f n e g a t i v e i n t e g e r : − S = S 1 − 4 + S 5 − 4 6 = n = 1 ∑ 4 ( n − 1 ) ! n 3 − n 2 − 3 n − 4 + n = 5 ∑ 4 6 ( n − 1 ) ! n 3 − n 2 − 3 n − 4 S 1 − 4 = n = 1 ∑ 4 ( n − 1 ) ! n 3 − n 2 − 3 n − 4 = 1 − 7 + 1 − 6 + 2 5 + 6 3 2 = − 5 6 1 . n 3 − n 2 − 3 n − 4 = ( n − 3 ) ( n − 2 ) ( n − 1 ) + 5 ( n − 2 ) ( n − 1 ) + ( n − 1 ) − 7 . S 5 − 4 6 = n = 5 ∑ 4 6 ( n − 1 ) ! n 3 − n 2 − 3 n − 4 = n = 5 ∑ 4 6 ( n − 1 ) ! ( n − 3 ) ( n − 2 ) ( n − 1 ) + 5 ( n − 2 ) ( n − 1 ) + ( n − 1 ) − 7 = n = 5 ∑ 4 6 { ( n − 4 ) ! 1 + ( n − 3 ) ! 5 + ( n − 2 ) ! 1 − ( n − 1 ) ! 7 } = n = 5 ∑ 4 6 { ( n − 4 ) ! 1 − ( n − 3 ) ! 1 + ( n − 3 ) ! 6 − ( n − 2 ) ! 6 + ( n − 2 ) ! 7 − ( n − 1 ) ! 7 } = { 1 ! 1 − 4 3 ! 1 + 2 ! 6 − 4 4 ! 6 + 3 ! 7 − 4 5 ! 7 } = 1 − 4 3 ! 1 + 3 − 4 4 ! 6 + 1 6 1 − 4 5 ! 7 = + 5 6 1 − 4 3 ! 1 − 4 4 ! 6 − 4 5 ! 7 . S = S 1 − 4 + S 5 − 4 6 = − 5 6 1 + 5 6 1 − 4 3 ! 1 − 4 4 ! 6 − 4 5 ! 7 = − 4 3 ! 1 − 4 4 ! 6 − 4 5 ! 7 . ⟹ S ∗ 4 6 ! − 1 = 4 3 ! 4 6 ! + 4 4 ! 6 ∗ 4 6 ! + 4 5 ! 7 ∗ 4 6 ! − 1 = − 4 4 ∗ 4 5 ∗ 4 6 − 6 ∗ 4 5 ∗ 4 6 − 7 ∗ 4 6 − 1 = − 1 0 3 8 2 3 . ∴ 3 − 1 0 3 8 2 3 = − 4 7
I f w e a s s u m e t h a t f a c t o r i a l o f r e c i p r o c a l o f n e g a t i v e i n t e g e r i s 0 , ( − n ) ! 1 = 0 , t h e n , S = n = 1 ∑ 4 6 ( n − 1 ) ! n 3 − n 2 − 3 n − 4 = n = 1 ∑ 4 6 ( n − 1 ) ! ( n − 3 ) ( n − 2 ) ( n − 1 ) + 5 ( n − 2 ) ( n − 1 ) + ( n − 1 ) − 7 = n = 1 ∑ 4 6 { ( n − 4 ) ! 1 + ( n − 3 ) ! 5 + ( n − 2 ) ! 1 − ( n − 1 ) ! 7 } n = 1 ∑ 4 6 { ( n − 4 ) ! 1 − ( n − 3 ) ! 1 + ( n − 3 ) ! 6 − ( n − 2 ) ! 6 + ( n − 2 ) ! 7 − ( n − 1 ) ! 7 } = 0 − 4 3 ! 1 + 0 − 4 4 ! 6 + 0 − 4 5 ! 7 ) ⟹ S ∗ 4 6 ! − 1 = − 4 3 ! 4 6 ! − 4 4 ! 6 ∗ 4 6 ! − 4 5 ! 7 ∗ 4 6 ! − 1 = − 4 4 ∗ 4 5 ∗ 4 6 − 6 ∗ 4 5 ∗ 4 6 − 7 ∗ 4 6 − 1 = − 1 0 3 8 2 3 . ∴ 3 − 1 0 3 8 2 3 = − 4 7 .
I f o u n d n 3 − n 2 − 3 n − 4 = ( n − 3 ) ( n − 2 ) ( n − 1 ) + 5 ( n − 2 ) ( n − 1 ) + ( n − 1 ) − 7 , a s f o l l o w s . I t b e c o m e s s i m p l e i f t h e n u m e r a t o r i s a s i m p l e c o n s t a n t . D e n o m i n a t o r i s a f a c t o r i a l a n d n u m e r a t o r a c u b i c , s u g g e s t s w e c o u l d r e d u c e d e n o m i n a t o r b y t h r e e t e r m s , ( n − 3 ) ( n − 2 ) ( n − 1 ) , t o e l i m i n a t e t h e c u b i c t e r m i n t h e n u m e r a t o r . S i m i l a r l y r e d u c e t w o t e r m s i n d e n o m i n a t o r a n d e l i m i n a t e t h e q u a d r a t i c t e r m , . ( n − 2 ) ( n − 1 ) i n t h e n u m e r a t o r . A n d s o o n . T o e l i m i n a t e n 3 w e u s e t h e s e t h r e e t e r m s . ( n − 3 ) ( n − 2 ) ( n − 1 ) = n 3 − 6 n 2 + 1 1 n − 6 . B u t w e h a v e n 3 − n 2 − 3 n − 4 . S o w e a r e l e f t w i t h ( n 3 − n 2 − 3 n − 4 ) − ( n 3 − 6 n 2 + 1 1 n − 6 ) = 5 n 2 − 1 4 n + 2 . T o e l i m i n a t e 5 n 2 w e u s e t h e s e t w o t e r m s 5 ( n − 2 ) ( n − 1 ) = 5 n 2 − 1 5 n + 1 0 . B u t w e h a v e 5 n 2 − 1 4 n + 2 . S o w e a r e l e f t w i t h ( 5 n 2 − 1 4 n + 2 ) − ( 5 n 2 − 1 5 n + 1 0 ) = n − 8 . T o e l i m i n a t e 1 n w e u s e t h i s o n e t e r m ( n − 1 ) . B u t w e h a v e n − 8 . S o w e a r e l e f t w i t h ( n − 8 ) − ( n − 1 ) = − 7
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We will try to change the expression in a telescoping sum.So let,
n 3 − n 2 − 3 n − 4 = A { ( n − 1 ) ( n − 2 ) ( n − 3 ) − ( n − 1 ) ( n − 2 ) } + B { ( n − 1 ) ( n − 2 ) − ( n − 1 ) } + C { ( n − 1 ) − 1 } c o m p a r e c o e f f i c i e n t o f n 3 ⇒ A = 1 p u t n = 1 ⇒ − C = − 7 o r C = 7 p u t n = 2 ⇒ − B = − 6 o r B = 6 ∴ n = 1 ∑ 4 6 ( n − 1 ) ! n 3 − n 2 − 3 n − 4 = n = 1 ∑ 4 6 { ( n − 4 ) ! 1 − ( n − 3 ) ! 1 } + 6 n = 1 ∑ 4 6 { ( n − 3 ) ! 1 − ( n − 2 ) ! 1 } + 7 n = 1 ∑ 4 6 { ( n − 2 ) ! 1 − ( n − 1 ) ! 1 } r e m e m b e r , ( − m ) ! 1 = 0 i f m ∈ I + , n o w S = − 4 3 ! 1 − 4 4 ! 6 − 4 5 ! 7 = 4 6 ! − 4 4 × 4 5 × 4 6 − 6 × 4 5 × 4 6 − 7 × 4 6 = 4 6 ! − 1 0 3 8 2 2 ⇒ ( 4 6 ! S − 1 ) 3 1 = ( − 1 0 3 8 2 3 ) 3 1 = − 4 7