Суммирование

Сложение нескольких чисел или других значений

В математике суммирование — это сложение последовательности чисел , называемых слагаемыми или аддендами ; результатом является их сумма или итог . Помимо чисел , можно суммировать и другие типы значений: функции , векторы , матрицы , многочлены и, в общем, элементы любого типа математических объектов, над которыми определена операция, обозначенная «+» .

Суммирование бесконечных последовательностей называется сериями . Они включают в себя понятие предела и не рассматриваются в этой статье.

Суммирование явной последовательности обозначается как последовательность сложений. Например, суммирование [1, 2, 4, 2] обозначается как 1 + 2 + 4 + 2 и дает в результате 9, то есть 1 + 2 + 4 + 2 = 9. Поскольку сложение ассоциативно и коммутативно , скобки не нужны, и результат тот же, независимо от порядка слагаемых. Суммирование последовательности только из одного слагаемого дает в результате само слагаемое. Суммирование пустой последовательности (последовательности без элементов) по соглашению дает в результате 0.

Очень часто элементы последовательности определяются через регулярный шаблон как функция их места в последовательности. Для простых шаблонов суммирование длинных последовательностей может быть представлено с заменой большинства слагаемых многоточиями. Например, суммирование первых 100 натуральных чисел может быть записано как 1 + 2 + 3 + 4 + ⋯ + 99 + 100 . В противном случае суммирование обозначается с помощью обозначения Σ, где — увеличенная заглавная греческая буква сигма . Например, сумму первых n натуральных чисел можно обозначить как {\textstyle \сумма}

я = 1 н я {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}i}

Для длинных сумм и сумм переменной длины (определяемых с помощью многоточия или Σ-обозначения) часто возникает проблема поиска выражений в замкнутой форме для результата. Например, [a]

я = 1 н я = н ( н + 1 ) 2 . {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}i={\frac {n(n+1)}{2}}.}

Хотя такие формулы не всегда существуют, было обнаружено много формул суммирования, некоторые из наиболее распространенных и элементарных из которых перечислены в оставшейся части этой статьи.

Обозначение

Заглавная сигма-обозначение

Символ суммирования

Математическая нотация использует символ, который компактно представляет сумму многих подобных терминов: символ суммы , , увеличенная форма вертикальной заглавной греческой буквы сигма . [1] Это определяется как {\textstyle \сумма}

я = м н а я = а м + а м + 1 + а м + 2 + + а н 1 + а н {\displaystyle \sum _{i\mathop {=} m}^{n}a_{i}=a_{m}+a_{m+1}+a_{m+2}+\cdots +a_{n-1}+a_{n}}

где iиндекс суммирования ; a i — индексированная переменная, представляющая каждый член суммы; mнижняя граница суммирования , а nверхняя граница суммирования . « i = m » под символом суммирования означает, что индекс i изначально равен m . Индекс i увеличивается на единицу для каждого последующего члена, останавливаясь, когда i = n . [b]

Это читается как «сумма a i , от i = m до n ».

Вот пример, показывающий суммирование квадратов:

я = 3 6 я 2 = 3 2 + 4 2 + 5 2 + 6 2 = 86. {\displaystyle \sum _{i=3}^{6}i^{2}=3^{2}+4^{2}+5^{2}+6^{2}=86.}

В целом, хотя в качестве индекса суммирования может использоваться любая переменная (при условии отсутствия двусмысленности), некоторые из наиболее распространенных включают в себя такие буквы, как , [c] , , и ; последняя также часто используется для верхней границы суммирования. я {\displaystyle я} дж {\displaystyle j} к {\displaystyle к} н {\displaystyle n}

В качестве альтернативы, индекс и границы суммирования иногда опускаются из определения суммирования, если контекст достаточно ясен. Это применимо, в частности, когда индекс идет от 1 до n . [2] Например, можно написать, что:

а я 2 = я = 1 н а я 2 . {\displaystyle \sum a_{i}^{2}=\sum _{i=1}^{n}a_{i}^{2}.}

Часто используются обобщения этой нотации, в которых задается произвольное логическое условие, а сумма должна быть взята по всем значениям, удовлетворяющим условию. Например:

0 к < 100 ф ( к ) {\displaystyle \sum _{0\leq k<100}f(k)}

является альтернативной записью для суммы всех ( целых чисел ) в указанном диапазоне. Аналогично, к = 0 99 ф ( к ) , {\textstyle \sum _{k=0}^{99}f(k),} f ( k ) {\displaystyle f(k)} k {\displaystyle k}

x S f ( x ) {\displaystyle \sum _{x\mathop {\in } S}f(x)}

это сумма по всем элементам в наборе , и f ( x ) {\displaystyle f(x)} x {\displaystyle x} S {\displaystyle S}

d | n μ ( d ) {\displaystyle \sum _{d\,|\,n}\;\mu (d)}

это сумма всех положительных целых чисел, делящихся на . [d] μ ( d ) {\displaystyle \mu (d)} d {\displaystyle d} n {\displaystyle n}

Существуют также способы обобщения использования многих знаков сигмы. Например,

i , j {\displaystyle \sum _{i,j}}

то же самое, что и

i j . {\displaystyle \sum _{i}\sum _{j}.}

Аналогичное обозначение используется для произведения последовательности , где вместо используется увеличенная форма греческой заглавной буквы пи . {\textstyle \prod } . {\textstyle \sum .}

Особые случаи

Можно сложить менее 2 чисел:

  • Если в сумме имеется одно слагаемое , то оценённая сумма равна . x {\displaystyle x} x {\displaystyle x}
  • Если в суммировании нет слагаемых, то оцененная сумма равна нулю , поскольку ноль является тождеством для сложения. Это известно как пустая сумма .

Эти вырожденные случаи обычно используются только тогда, когда запись суммирования дает вырожденный результат в особом случае. Например, если в определении выше, то в сумме есть только один член; если , то нет ни одного. n = m {\displaystyle n=m} n = m 1 {\displaystyle n=m-1}

Алгебраическая сумма

Фраза «алгебраическая сумма» относится к сумме членов, которые могут иметь положительные или отрицательные знаки. Члены с положительными знаками складываются, а члены с отрицательными знаками вычитаются.

Формальное определение

Суммирование можно определить рекурсивно следующим образом:

i = a b g ( i ) = 0 {\displaystyle \sum _{i=a}^{b}g(i)=0} , для ; b < a {\displaystyle b<a}
i = a b g ( i ) = g ( b ) + i = a b 1 g ( i ) {\displaystyle \sum _{i=a}^{b}g(i)=g(b)+\sum _{i=a}^{b-1}g(i)} , для . b a {\displaystyle b\geqslant a}

Обозначение теории меры

В обозначениях теории меры и интегрирования сумма может быть выражена как определенный интеграл ,

k = a b f ( k ) = [ a , b ] f d μ {\displaystyle \sum _{k\mathop {=} a}^{b}f(k)=\int _{[a,b]}f\,d\mu }

где — подмножество целых чисел от до , а где — мера подсчета целых чисел. [ a , b ] {\displaystyle [a,b]} a {\displaystyle a} b {\displaystyle b} μ {\displaystyle \mu }

Исчисление конечных разностей

Для функции f , определенной над целыми числами в интервале [ m , n ] , справедливо следующее уравнение:

f ( n ) f ( m ) = i = m n 1 ( f ( i + 1 ) f ( i ) ) . {\displaystyle f(n)-f(m)=\sum _{i=m}^{n-1}(f(i+1)-f(i)).}

Это известно как телескопический ряд и является аналогом основной теоремы исчисления в исчислении конечных разностей , которая гласит:

f ( n ) f ( m ) = m n f ( x ) d x , {\displaystyle f(n)-f(m)=\int _{m}^{n}f'(x)\,dx,}

где

f ( x ) = lim h 0 f ( x + h ) f ( x ) h {\displaystyle f'(x)=\lim _{h\to 0}{\frac {f(x+h)-f(x)}{h}}}

является производной от f .

Примером применения приведенного выше уравнения является следующее:

n k = i = 0 n 1 ( ( i + 1 ) k i k ) . {\displaystyle n^{k}=\sum _{i=0}^{n-1}\left((i+1)^{k}-i^{k}\right).}

Используя биномиальную теорему , это можно переписать так:

n k = i = 0 n 1 ( j = 0 k 1 ( k j ) i j ) . {\displaystyle n^{k}=\sum _{i=0}^{n-1}{\biggl (}\sum _{j=0}^{k-1}{\binom {k}{j}}i^{j}{\biggr )}.}

Приведенная выше формула чаще используется для инвертирования оператора разности , определяемого как: Δ {\displaystyle \Delta }

Δ ( f ) ( n ) = f ( n + 1 ) f ( n ) , {\displaystyle \Delta (f)(n)=f(n+1)-f(n),}

где f — функция, определенная на неотрицательных целых числах. Таким образом, при наличии такой функции f проблема состоит в вычислении антиразности f , функции такой, что . То есть, Эта функция определена с точностью до добавления константы и может быть выбрана как [ 3] F = Δ 1 f {\displaystyle F=\Delta ^{-1}f} Δ F = f {\displaystyle \Delta F=f} F ( n + 1 ) F ( n ) = f ( n ) . {\displaystyle F(n+1)-F(n)=f(n).}

F ( n ) = i = 0 n 1 f ( i ) . {\displaystyle F(n)=\sum _{i=0}^{n-1}f(i).}

Не всегда существует замкнутое выражение для такого суммирования, но формула Фаульхабера дает замкнутую форму в случае, когда и, в силу линейности , для каждой полиномиальной функции от n . f ( n ) = n k {\displaystyle f(n)=n^{k}}

Приближение определенными интегралами

Многие такие приближения можно получить с помощью следующей связи между суммами и интегралами , которая справедлива для любой возрастающей функции f :

s = a 1 b f ( s )   d s i = a b f ( i ) s = a b + 1 f ( s )   d s . {\displaystyle \int _{s=a-1}^{b}f(s)\ ds\leq \sum _{i=a}^{b}f(i)\leq \int _{s=a}^{b+1}f(s)\ ds.}

и для любой убывающей функции f :

s = a b + 1 f ( s )   d s i = a b f ( i ) s = a 1 b f ( s )   d s . {\displaystyle \int _{s=a}^{b+1}f(s)\ ds\leq \sum _{i=a}^{b}f(i)\leq \int _{s=a-1}^{b}f(s)\ ds.}

Для более общих приближений см. формулу Эйлера–Маклорена .

Для сумм, в которых слагаемое задано (или может быть интерполировано) интегрируемой функцией индекса, суммирование можно интерпретировать как сумму Римана, встречающуюся в определении соответствующего определенного интеграла. Поэтому можно ожидать, что, например,

b a n i = 0 n 1 f ( a + i b a n ) a b f ( x )   d x , {\displaystyle {\frac {b-a}{n}}\sum _{i=0}^{n-1}f\left(a+i{\frac {b-a}{n}}\right)\approx \int _{a}^{b}f(x)\ dx,}

поскольку правая часть по определению является пределом для левой части. Однако для заданного суммирования n фиксировано, и мало что можно сказать об ошибке в приведенном выше приближении без дополнительных предположений относительно f : ясно, что для сильно колеблющихся функций сумма Римана может быть сколь угодно далека от интеграла Римана. n {\displaystyle n\to \infty }

Идентичности

Приведенные ниже формулы содержат конечные суммы; для бесконечных сумм или конечных сумм выражений, содержащих тригонометрические функции или другие трансцендентные функции , см. список математических рядов .

Общие идентичности

n = s t C f ( n ) = C n = s t f ( n ) {\displaystyle \sum _{n=s}^{t}C\cdot f(n)=C\cdot \sum _{n=s}^{t}f(n)\quad } ( распределительность ) [4]
n = s t f ( n ) ± n = s t g ( n ) = n = s t ( f ( n ) ± g ( n ) ) {\displaystyle \sum _{n=s}^{t}f(n)\pm \sum _{n=s}^{t}g(n)=\sum _{n=s}^{t}\left(f(n)\pm g(n)\right)\quad } ( коммутативность и ассоциативность ) [4]
n = s t f ( n ) = n = s + p t + p f ( n p ) {\displaystyle \sum _{n=s}^{t}f(n)=\sum _{n=s+p}^{t+p}f(n-p)\quad } (сдвиг индекса)
n B f ( n ) = m A f ( σ ( m ) ) , {\displaystyle \sum _{n\in B}f(n)=\sum _{m\in A}f(\sigma (m)),\quad } для биекции σ из конечного множества A на множество B (изменение индекса); это обобщает предыдущую формулу.
n = s t f ( n ) = n = s j f ( n ) + n = j + 1 t f ( n ) {\displaystyle \sum _{n=s}^{t}f(n)=\sum _{n=s}^{j}f(n)+\sum _{n=j+1}^{t}f(n)\quad } (разделение суммы, используя ассоциативность )
n = a b f ( n ) = n = 0 b f ( n ) n = 0 a 1 f ( n ) {\displaystyle \sum _{n=a}^{b}f(n)=\sum _{n=0}^{b}f(n)-\sum _{n=0}^{a-1}f(n)\quad } (вариант предыдущей формулы)
n = s t f ( n ) = n = 0 t s f ( t n ) {\displaystyle \sum _{n=s}^{t}f(n)=\sum _{n=0}^{t-s}f(t-n)\quad } (сумма от первого члена до последнего равна сумме от последнего до первого)
n = 0 t f ( n ) = n = 0 t f ( t n ) {\displaystyle \sum _{n=0}^{t}f(n)=\sum _{n=0}^{t}f(t-n)\quad } (частный случай формулы выше)
i = k 0 k 1 j = l 0 l 1 a i , j = j = l 0 l 1 i = k 0 k 1 a i , j {\displaystyle \sum _{i=k_{0}}^{k_{1}}\sum _{j=l_{0}}^{l_{1}}a_{i,j}=\sum _{j=l_{0}}^{l_{1}}\sum _{i=k_{0}}^{k_{1}}a_{i,j}\quad } (снова коммутативность и ассоциативность)
k j i n a i , j = i = k n j = k i a i , j = j = k n i = j n a i , j = j = 0 n k i = k n j a i + j , i {\displaystyle \sum _{k\leq j\leq i\leq n}a_{i,j}=\sum _{i=k}^{n}\sum _{j=k}^{i}a_{i,j}=\sum _{j=k}^{n}\sum _{i=j}^{n}a_{i,j}=\sum _{j=0}^{n-k}\sum _{i=k}^{n-j}a_{i+j,i}\quad } (еще одно применение коммутативности и ассоциативности)
n = 2 s 2 t + 1 f ( n ) = n = s t f ( 2 n ) + n = s t f ( 2 n + 1 ) {\displaystyle \sum _{n=2s}^{2t+1}f(n)=\sum _{n=s}^{t}f(2n)+\sum _{n=s}^{t}f(2n+1)\quad } (разделение суммы на четную и нечетную части, для четных индексов)
n = 2 s + 1 2 t f ( n ) = n = s + 1 t f ( 2 n ) + n = s + 1 t f ( 2 n 1 ) {\displaystyle \sum _{n=2s+1}^{2t}f(n)=\sum _{n=s+1}^{t}f(2n)+\sum _{n=s+1}^{t}f(2n-1)\quad } (разделение суммы на четную и нечетную части, для нечетных индексов)
( i = 0 n a i ) ( j = 0 n b j ) = i = 0 n j = 0 n a i b j {\displaystyle {\biggl (}\sum _{i=0}^{n}a_{i}{\biggr )}{\biggl (}\sum _{j=0}^{n}b_{j}{\biggr )}=\sum _{i=0}^{n}\sum _{j=0}^{n}a_{i}b_{j}\quad } ( распределительность )
i = s m j = t n a i c j = ( i = s m a i ) ( j = t n c j ) {\displaystyle \sum _{i=s}^{m}\sum _{j=t}^{n}{a_{i}}{c_{j}}={\biggl (}\sum _{i=s}^{m}a_{i}{\biggr )}{\biggl (}\sum _{j=t}^{n}c_{j}{\biggr )}\quad } (дистрибутивность допускает факторизацию)
n = s t log b f ( n ) = log b n = s t f ( n ) {\displaystyle \sum _{n=s}^{t}\log _{b}f(n)=\log _{b}\prod _{n=s}^{t}f(n)\quad } ( логарифм произведения равен сумме логарифмов множителей)
C n = s t f ( n ) = n = s t C f ( n ) {\displaystyle C^{\sum \limits _{n=s}^{t}f(n)}=\prod _{n=s}^{t}C^{f(n)}\quad } ( экспонента суммы — это произведение экспонент слагаемых)
m = 0 k n = 0 m f ( m , n ) = m = 0 k n = m k f ( n , m ) , {\displaystyle \sum _{m=0}^{k}\sum _{n=0}^{m}f(m,n)=\sum _{m=0}^{k}\sum _{n=m}^{k}f(n,m),\quad } для любой функции из . f {\textstyle f} Z × Z {\textstyle \mathbb {Z} \times \mathbb {Z} }

Степени и логарифмы арифметических прогрессий

i = 1 n c = n c {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}c=nc\quad } для каждого c, который не зависит от i
i = 0 n i = i = 1 n i = n ( n + 1 ) 2 {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}i=\sum _{i=1}^{n}i={\frac {n(n+1)}{2}}\qquad } (Сумма простейшей арифметической прогрессии , состоящей из первых n натуральных чисел.) [3] : 52 
i = 1 n ( 2 i 1 ) = n 2 {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}(2i-1)=n^{2}\qquad } (Сумма первых нечетных натуральных чисел)
i = 0 n 2 i = n ( n + 1 ) {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}2i=n(n+1)\qquad } (Сумма первых четных натуральных чисел)
i = 1 n log i = log n ! {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}\log i=\log n!\qquad } (Сумма логарифмов равна логарифму произведения)
i = 0 n i 2 = i = 1 n i 2 = n ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) 6 = n 3 3 + n 2 2 + n 6 {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}i^{2}=\sum _{i=1}^{n}i^{2}={\frac {n(n+1)(2n+1)}{6}}={\frac {n^{3}}{3}}+{\frac {n^{2}}{2}}+{\frac {n}{6}}\qquad } (Сумма первых квадратов , см. квадратное пирамидальное число .) [3] : 52 
i = 0 n i 3 = ( i = 0 n i ) 2 = ( n ( n + 1 ) 2 ) 2 = n 4 4 + n 3 2 + n 2 4 {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}i^{3}={\biggl (}\sum _{i=0}^{n}i{\biggr )}^{2}=\left({\frac {n(n+1)}{2}}\right)^{2}={\frac {n^{4}}{4}}+{\frac {n^{3}}{2}}+{\frac {n^{2}}{4}}\qquad } ( Теорема Никомаха ) [3] : 52 

В более общем смысле, есть формула Фаульхабера для p > 1 {\displaystyle p>1}

k = 1 n k p = n p + 1 p + 1 + 1 2 n p + k = 2 p ( p k ) B k p k + 1 n p k + 1 , {\displaystyle \sum _{k=1}^{n}k^{p}={\frac {n^{p+1}}{p+1}}+{\frac {1}{2}}n^{p}+\sum _{k=2}^{p}{\binom {p}{k}}{\frac {B_{k}}{p-k+1}}\,n^{p-k+1},}

где обозначает число Бернулли , а — биномиальный коэффициент . B k {\displaystyle B_{k}} ( p k ) {\displaystyle {\binom {p}{k}}}

Индекс суммирования в показателях степеней

В следующих вычислениях предполагается, что a отличается от 1.

i = 0 n 1 a i = 1 a n 1 a {\displaystyle \sum _{i=0}^{n-1}a^{i}={\frac {1-a^{n}}{1-a}}} (сумма геометрической прогрессии )
i = 0 n 1 1 2 i = 2 1 2 n 1 {\displaystyle \sum _{i=0}^{n-1}{\frac {1}{2^{i}}}=2-{\frac {1}{2^{n-1}}}} (частный случай для a = 1/2 )
i = 0 n 1 i a i = a n a n + ( n 1 ) a n + 1 ( 1 a ) 2 {\displaystyle \sum _{i=0}^{n-1}ia^{i}={\frac {a-na^{n}+(n-1)a^{n+1}}{(1-a)^{2}}}} ( а умножить на производную по а геометрической прогрессии)
i = 0 n 1 ( b + i d ) a i = b i = 0 n 1 a i + d i = 0 n 1 i a i = b ( 1 a n 1 a ) + d ( a n a n + ( n 1 ) a n + 1 ( 1 a ) 2 ) = b ( 1 a n ) ( n 1 ) d a n 1 a + d a ( 1 a n 1 ) ( 1 a ) 2 {\displaystyle {\begin{aligned}\sum _{i=0}^{n-1}\left(b+id\right)a^{i}&=b\sum _{i=0}^{n-1}a^{i}+d\sum _{i=0}^{n-1}ia^{i}\\&=b\left({\frac {1-a^{n}}{1-a}}\right)+d\left({\frac {a-na^{n}+(n-1)a^{n+1}}{(1-a)^{2}}}\right)\\&={\frac {b(1-a^{n})-(n-1)da^{n}}{1-a}}+{\frac {da(1-a^{n-1})}{(1-a)^{2}}}\end{aligned}}}
(сумма арифметико–геометрической прогрессии )

Биномиальные коэффициенты и факториалы

Существует очень много тождеств суммирования, включающих биномиальные коэффициенты (целая глава Конкретной математики посвящена только базовым методам). Вот некоторые из самых базовых.

С использованием биномиальной теоремы

i = 0 n ( n i ) a n i b i = ( a + b ) n , {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{n \choose i}a^{n-i}b^{i}=(a+b)^{n},} биномиальная теорема
i = 0 n ( n i ) = 2 n , {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{n \choose i}=2^{n},} особый случай, когда a = b = 1
i = 0 n ( n i ) p i ( 1 p ) n i = 1 {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{n \choose i}p^{i}(1-p)^{n-i}=1} , частный случай, когда p = a = 1 − b , который для выражает сумму биномиального распределения 0 p 1 , {\displaystyle 0\leq p\leq 1,}
i = 0 n i ( n i ) = n ( 2 n 1 ) , {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}i{n \choose i}=n(2^{n-1}),} значение при a = b = 1 производной по a биномиальной теоремы
i = 0 n ( n i ) i + 1 = 2 n + 1 1 n + 1 , {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{\frac {n \choose i}{i+1}}={\frac {2^{n+1}-1}{n+1}},} значение при a = b = 1 первообразной по a биномиальной теоремы

Включающие перестановочные числа

В следующих суммированиях — число k -перестановок n . n P k {\displaystyle {}_{n}P_{k}}

i = 0 n i P k ( n i ) = n P k ( 2 n k ) {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{}_{i}P_{k}{n \choose i}={}_{n}P_{k}(2^{n-k})}
i = 1 n i + k P k + 1 = i = 1 n j = 0 k ( i + j ) = ( n + k + 1 ) ! ( n 1 ) ! ( k + 2 ) {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}{}_{i+k}P_{k+1}=\sum _{i=1}^{n}\prod _{j=0}^{k}(i+j)={\frac {(n+k+1)!}{(n-1)!(k+2)}}}
i = 0 n i ! ( n i ) = i = 0 n n P i = n ! e , n Z + {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}i!\cdot {n \choose i}=\sum _{i=0}^{n}{}_{n}P_{i}=\lfloor n!\cdot e\rfloor ,\quad n\in \mathbb {Z} ^{+}} , где и обозначает функцию пола . x {\displaystyle \lfloor x\rfloor }

Другие

k = 0 m ( n + k n ) = ( n + m + 1 n + 1 ) {\displaystyle \sum _{k=0}^{m}{\binom {n+k}{n}}={\binom {n+m+1}{n+1}}}
i = k n ( i k ) = ( n + 1 k + 1 ) {\displaystyle \sum _{i=k}^{n}{i \choose k}={n+1 \choose k+1}}
i = 0 n i i ! = ( n + 1 ) ! 1 {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}i\cdot i!=(n+1)!-1}
i = 0 n ( m + i 1 i ) = ( m + n n ) {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{m+i-1 \choose i}={m+n \choose n}}
i = 0 n ( n i ) 2 = ( 2 n n ) {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{n \choose i}^{2}={2n \choose n}}
i = 0 n 1 i ! = n ! e n ! {\displaystyle \sum _{i=0}^{n}{\frac {1}{i!}}={\frac {\lfloor n!\;e\rfloor }{n!}}}

Гармонические числа

i = 1 n 1 i = H n {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}{\frac {1}{i}}=H_{n}\quad } ( n- й гармонический номер )
i = 1 n 1 i k = H n k {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}{\frac {1}{i^{k}}}=H_{n}^{k}\quad } ( обобщенное гармоническое число )

Темпы роста

Ниже приведены полезные приближения (с использованием тета-обозначения ):

i = 1 n i c Θ ( n c + 1 ) {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}i^{c}\in \Theta (n^{c+1})} для вещественного c больше −1
i = 1 n 1 i Θ ( log e n ) {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}{\frac {1}{i}}\in \Theta (\log _{e}n)} (См. Гармонический номер )
i = 1 n c i Θ ( c n ) {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}c^{i}\in \Theta (c^{n})} для вещественного c больше 1
i = 1 n log ( i ) c Θ ( n log ( n ) c ) {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}\log(i)^{c}\in \Theta (n\cdot \log(n)^{c})} для неотрицательного действительного числа c
i = 1 n log ( i ) c i d Θ ( n d + 1 log ( n ) c ) {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}\log(i)^{c}\cdot i^{d}\in \Theta (n^{d+1}\cdot \log(n)^{c})} для неотрицательных действительных c , d
i = 1 n log ( i ) c i d b i Θ ( n d log ( n ) c b n ) {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}\log(i)^{c}\cdot i^{d}\cdot b^{i}\in \Theta (n^{d}\cdot \log(n)^{c}\cdot b^{n})} для неотрицательных действительных b > 1, c , d

История

Σ   ( 2 w x + w 2 ) = x 2 {\displaystyle \Sigma \ (2wx+w^{2})=x^{2}}
  • В 1772 году использование Σ и Σ n засвидетельствовано Лагранжем . [8] [10]
  • В 1823 году заглавная буква S была засвидетельствована как символ суммирования рядов. Такое использование, по-видимому, было широко распространено. [8]
  • В 1829 году символ суммы Σ был засвидетельствован Фурье и К. Г. Дж. Якоби . [8] Использование Фурье включало нижние и верхние границы, например: [11] [12]
i = 1 e i 2 t {\displaystyle \sum _{i=1}^{\infty }e^{-i^{2}t}\ldots }

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Подробности см. в разделе Треугольное число .
  2. ^ Для подробного изложения записи суммирования и арифметики с суммами см. Graham, Ronald L.; Knuth, Donald E.; Patashnik, Oren (1994). "Глава 2: Суммы". Конкретная математика: основа компьютерной науки (2-е изд.). Addison-Wesley Professional. ISBN 978-0201558029.
  3. ^ в контекстах, где нет возможности путаницы с мнимой единицей i {\displaystyle i}
  4. ^ Хотя имя фиктивной переменной не имеет значения (по определению), обычно используют буквы из середины алфавита ( до ) для обозначения целых чисел, если есть риск путаницы. Например, даже если не должно быть никаких сомнений относительно интерпретации, для многих математиков может показаться немного запутанным видеть вместо в приведенных выше формулах с участием . i {\displaystyle i} q {\displaystyle q} x {\displaystyle x} k {\displaystyle k} k {\displaystyle k}

Ссылки

  1. ^ Апостол, Том М. (1967). Calculus . Т. 1 (2-е изд.). США: John Wiley & Sons. стр. 37. ISBN 0-471-00005-1.
  2. ^ "Обозначение суммирования". www.columbia.edu . Получено 2020-08-16 .
  3. ^ abcd Справочник по дискретной и комбинаторной математике , Кеннет Х. Розен, Джон Г. Майклс, CRC Press, 1999, ISBN 0-8493-0149-1 . 
  4. ^ ab "Исчисление I - Обозначение суммирования". tutorial.math.lamar.edu . Получено 16.08.2020 .
  5. ^ Бертон, Дэвид М. (2011). История математики: Введение (7-е изд.). McGraw-Hill. стр. 414. ISBN 978-0-07-338315-6.
  6. ^ Лейбниц, Готфрид Вильгельм (1899). Герхардт, Карл Иммануэль (ред.). Der Briefwechsel фон Готфрида Вильгельма Лейбница с математикой. Эрстер Бэнд. Берлин: Майер и Мюллер. п. 154.
  7. ^ Аб Каджори (1929), стр. 181-182.
  8. ^ abcd Cajori (1929), стр. 61.
  9. ^ Эйлер, Леонард (1755). Institutiones Calculi Differentialis (на латыни). Петрополис. п. 27.
  10. ^ Лагранж, Жозеф-Луи (1867–1892). Творения Лагранжа. Том 3 (на французском языке). Париж. п. 451.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  11. ^ Mémoires de l'Académie Royale des Sciences de l'Institut de France pour l'année 1825, том VIII (на французском языке). Пэрис: Дидо. 1829. стр. 581-622.
  12. ^ Фурье, Жан-Батист Жозеф (1888–1890). Творения Фурье. Том 2 (на французском языке). Париж: Готье-Виллар. п. 149.

Библиография

  • Медиа, связанные с Summation на Wikimedia Commons
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Summation&oldid=1261057186#Capital-sigma_notation"