Como você usa as fórmulas de somatória para reescrever a expressão Sigma (4i ^ 2 (i-1)) / n ^ 4 como k = 1 para n sem a notação de somatória e, em seguida, use o resultado para encontrar a soma para n = 10, 100, 1000 e 10000?

Responda:

sum_(i=1)^n (4i^2(i-1))/n^4 = ((n+1))/(3n^3) ( 3n^2-n-2 )

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Explicação:

Let S_n = sum_(i=1)^n (4i^2(i-1))/n^4
:. S_n = 4/n^4sum_(i=1)^n (i^3-i^2)
:. S_n = 4/n^4{sum_(i=1)^n i^3 - sum_(i=1)^n i^2 }

E usando os resultados padrão:
sum_(r=1)^n r^2 = 1/6n(n+1)(2n+1) " ; " sum_(r=1)^n r^3 = 1/4n^2(n+1)^2

Nós temos;

S_n = 4/n^4{ 1/4n^2(n+1)^2 - 1/6n(n+1)(2n+1)}
:. S_n = 4/n^4 ( (n(n+1))/12){ 3n(n+1) - 2(2n+1) }
:. S_n = ((n+1))/(3n^3) { 3n^2+3n-4n-2 }
:. S_n = ((n+1))/(3n^3) ( 3n^2-n-2 )

E isso foi calculado usando o Excel para n=10, 100, 1000, 10000

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O que acontece como n rarr oo?

[NB Como tarefa adicional, poderíamos concluir que, como n rarr oo então S_n rarr 1; Esta é provavelmente a conclusão desta pergunta]

Agora, S_n = ((n+1))/(3n^3) ( 3n^2-n-2 )

:. S_n = 1/(3n^3)( 3n^3-n^2-2n + 3n^2-n-2 )
:. S_n = 1/(3n^3)( 3n^3+2n^2 -3n-2)
:. S_n = 1/3( 3+2/n -3/n^2-2/n^3)

E entao,

lim_(n rarr oo) S_n = lim_(n rarr oo) 1/3( 3+2/n -3/n^2-2/n^3)
:. lim_(n rarr oo) S_n = 1/3( 3+0 -0-0)
:. lim_(n rarr oo) S_n = 1

O que confirma nossa suposição!