Сумма обратных произведений текущего и последующего нечётных чисел для n натуральных чисел

Сумма обратных произведений текущего и последующего нечётных чисел для n натуральных чисел — это конечная сумма n слагаемых, зависящих от последовательных нечётных натуральных чисел.

Обозначения

$n$ — число слагаемых;

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle n_1} — номер первого текущего нечётного числа, $n_{1}\geq 1$;

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle a_i} — Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle i} -ое слагаемое, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle a_i = \frac{1}{(2n_1 + 2i - 3)(2n_1 + 2i - 1)}} ;

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle S_n} — сумма $n$ слагаемых, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle S_n = a_1 + a_2 + \ldots + a_n = \sum \limits_{i=1}^n a_i} .

Формула

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle S_n = \frac{n}{(2n_1 - 1)(2n_1 + 2n - 1)} \Leftrightarrow \frac{1}{(2n_1 - 1)(2n_1 + 1)} + \frac{1}{(2n_1 + 1)(2n_1 + 3)} + \ldots + \frac{1}{(2n_1 + 2n - 3)(2n_1 + 2n - 1)} = \frac{n}{(2n_1 - 1)(2n_1 + 2n - 1)} \Leftrightarrow }

$\Leftrightarrow \sum \limits _{i=1}^{n}{\frac {1}{(2n_{1}+2i-3)(2n_{1}+2i-1)}}={\frac {n}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2n-1)}}$.

Доказательство 1

1. Проверяем формулу Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle S_k } при Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle k = 1. \ S_1 = \frac{1}{(2n_1 +2 \text{·}1 - 3)(2n_1 + 2 \text{·}1 - 1)} = \frac{1}{(2n_1 - 1)(2n_1 + 1)} } и $S_{1}={\frac {1}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2{\text{·}}1-1)}}={\frac {1}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+1)}}$, очевидно, формула верна.

2. Доказательство индукцией вверх. Предполагаем, что формула $S_{k}$ верна при Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle k = n} , и доказываем формулу для $k=n+1$.

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle S_{n + 1} = S_n + a_{n + 1} = \frac{n}{(2n_1 - 1)(2n_1 + 2n - 1)} + \frac{1}{[2n_1 + 2(n + 1) - 3][2n_1 + 2(n + 1) - 1])} = \frac{n}{(2n_1 - 1)(2n_1 + 2n - 1)} + \frac{1}{(2n_1 + 2n - 1)(2n_1 + 2n + 1)} = }

$={\frac {n(2n_{1}+2n+1)+(2n_{1}-1)}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2n-1)(2n_{1}+2n+1)}}={\frac {n(2n_{1}+2n-1)+(2n_{1}+2n-1)}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2n-1)(2n_{1}+2n+1)}}={\frac {(n+1)(2n_{1}+2n-1)}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2n-1)(2n_{1}+2n+1)}}=$

$={\frac {n+1}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2n+1)}}\Leftrightarrow S_{n+1}={\frac {n+1}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2n+1)}}\Leftrightarrow S_{n+1}={\frac {n+1}{(2n_{1}-1)[2n_{1}+2(n+1)-1]}}$, то есть формула верна при Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle k = n + 1} , ч.т.д.

Доказательство 2

$S_{n}={\frac {1}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+1)}}+{\frac {1}{(2n_{1}+1)(2n_{1}+3)}}+\ldots +{\frac {1}{(2n_{1}+2n-3)(2n_{1}+2n-1)}}=$

$=\left({\frac {1/2}{2n_{1}-1}}-{\frac {1/2}{2n_{1}+1}}\right)+\left({\frac {1/2}{2n_{1}+1}}-{\frac {1/2}{2n_{1}+3}}\right)+\ldots +\left({\frac {1/2}{2n_{1}+2n-3}}-{\frac {1/2}{2n_{1}+2n-1}}\right)={\frac {1/2}{2n_{1}-1}}-{\frac {1/2}{2n_{1}+2n-1}}=$

$={\frac {(2n_{1}+2n-1)/2-(2n_{1}-1)/2}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2n-1)}}={\frac {(n_{1}+n-1/2)-(n_{1}-1/2)}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2n-1)}}={\frac {n}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2n-1)}}\Leftrightarrow S_{n}={\frac {n}{(2n_{1}-1)(2n_{1}+2n-1)}}$, ч.т.д.

Следствия

n₁=1

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle S_n = \frac{n}{2n + 1} \Leftrightarrow \frac{1}{1 \text{·}3} + \frac{1}{3 \text{·}5} + \ldots + \frac{1}{(2n - 1)(2n + 1)} = \frac{n}{2n + 1} \Leftrightarrow \sum \limits_{i=1}^n \frac{1}{(2i - 1)(2i + 1)} = \frac{n}{2n + 1}} .

n₁=2

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle S_n = \frac{n}{3(2n + 3)} \Leftrightarrow \frac{1}{3 \text{·}5} + \frac{1}{5 \text{·}7} + \ldots + \frac{1}{(2n + 1)(2n + 3)} = \frac{n}{3(2n + 3)} \Leftrightarrow \sum \limits_{i=1}^n \frac{1}{(2i + 1)(2i + 3)} = \frac{n}{3(2n + 3)}} .

Другие формулы:

1. сумма арифметической прогрессии;
2. сумма геометрической прогрессии;
3. сумма n натуральных чисел;
4. сумма квадратов n натуральных чисел;
5. сумма кубов n натуральных чисел;
6. сумма отношений числа и 2 в степени этого числа для n натуральных чисел;
7. сумма обратных произведений текущего и последующего чисел для n натуральных чисел;
8. сумма обратных произведений текущего и последующего нечётных чисел для n натуральных чисел;
9. сумма обратных сумм корней текущего и предыдущего чисел для n натуральных чисел;
10. сумма обратных сумм корней текущего и последующего чисел для n натуральных чисел;
11. сумма обратных неполных квадратов сумм кубических корней текущего и предыдущего чисел для n натуральных чисел;
12. сумма обратных неполных квадратов сумм кубических корней текущего и последующего чисел для n натуральных чисел;
13. сумма обратных произведений сумм корней второй и четвёртой степеней текущего и предыдущего чисел для n натуральных чисел;
14. сумма обратных произведений сумм корней второй и четвёртой степеней текущего и последующего чисел для n натуральных чисел;
15. сумма логарифмов отношений последующего и текущего чисел для n натуральных чисел;
16. сумма синусов кратных углов для n натуральных чисел;
17. сумма косинусов кратных углов для n натуральных чисел.