¿Cómo se puede evaluar [matemáticas] 40 ^ 3 – 38 ^ 3 + 36 ^ 3 – 34 ^ 3 + \ cdots + 4 ^ 3 – 2 ^ 3 [/ matemáticas]?

la suma requerida es 34400.

Método de evaluación:

La suma dada se puede escribir como

[matemáticas] \; \; \ big [(2 \ times20) ^ {3} \; – \; (2 \ times19) ^ {3} \ big] \; + \; \ big [(2 \ times18) ^ {3} \; – \; (2 \ times17) ^ {3} \ big] \; + \; \ big [(2 \ times16) ^ {3} \; – \; (2 \ times15) ^ {3 } \ big] \; + \;… \; + \; \ big [(2 \ times2) ^ {3} \; – \; (2 \ times1) ^ {3} \ big] \; \; [/ matemáticas]

[matemáticas] \; \; \; = \; 2 ^ {3} \;. \; \ big [20 ^ {3} \; – \; 19 ^ {3} \ big] \; + \; \; 2 ^ {3} \;. \; \ Big [18 ^ {3} \; – \; 17 ^ {3} \ big] \; + \; \; 2 ^ {3} \;. \; \ Big [16 ^ {3} \; – \; 15 ^ {3} \ big] \; + \;… \; + \; \; 2 ^ {3} \;. \; \ Big [2 ^ {3} \; – \; 1 ^ {3} \ big] \; \; [/ math]

[matemáticas] \; \; = \; \ displaystyle \; 2 ^ {3}. \ Sigma _ {j = 1} ^ {1 0} \; \ big [\; (2j) ^ {3} \; – \; (2j-1) ^ {3} \; \ big] \; \; [/matemáticas]

[matemáticas] \; \; \; = \; 2 ^ {3}. \ Sigma_ {j = 1} ^ {10} \; \ big [12j ^ {2} \; – \; 6 j \; + \; 1 \ big] \; \; = \; [/ matemáticas] [matemáticas] \; \; 2 ^ {3}. \ big [\; 12 \;. \; \ frac {10 \ times11 \ times21} {6} \; – \; 6 \;. \; \ frac {10 \ times11} {2} \; + \; 10 \; \ big] \; \; [/ math]

[matemáticas] \; \; \; = \; 8. \ big (\; 4620 \; – \; 330 \; + \; 10 \; \ big) \; = \; 34400 \;. \; [/matemáticas]

Tenga en cuenta que

[matemáticas] \; \; \; S_ {2} (n) \; = \; 1 ^ {2} \; + \; 2 ^ {2} \; + \;… \; + \; n ^ { 2} \; = \; \ frac {n (n + 1) (2n + 1)} {6} \; \; \; [/ matemáticas] y

[matemáticas] \; \; \; S_ {1} (n) \; = \; 1 \; + \; 2 \; + \;… \; + \; n \; = \; \ frac {n ( n + 1)} {2} \; \; \; [/matemáticas]

[matemáticas] 40 ^ 3 – 38 ^ 3 + \ cdots + 4 ^ 3-2 ^ 3 = [/ matemáticas]
[matemáticas] 2 (40 ^ 3 + 36 ^ 3 + 32 ^ 3 + \ cdots + 4 ^ 3) – (40 ^ 3 + 38 ^ 3 + \ cdots + 2 ^ 3) = [/ matemáticas]
[matemáticas] 2 (4 ^ 3) (10 ^ 3 + 9 ^ 3 + \ cdots + 1 ^ 3) – (2 ^ 3) (20 ^ 3 + 19 ^ 3 + \ cdots + 1 ^ 3) [/ math ]

Ahora use esta fórmula: [matemáticas] (n ^ 3 + (n-1) ^ 3 + \ cdots + 1 ^ 3) = \ Big (\ frac {n (n + 1)} {2} \ Big) ^ 2 [/matemáticas]

Se vuelve:
[matemáticas] 2 (4 ^ 3) \ Big (\ frac {10 (11)} {2} \ Big) ^ 2 – (2 ^ 3) \ Big (\ frac {20 (21)} {2} \ Big ) ^ 2 = [/ matemáticas]

[matemáticas] (2 ^ 3) (10 ^ 2) (22 ^ 2) – (2 ^ 3) (10 ^ 2) (21 ^ 2) = [/ matemáticas]

[matemáticas] (2 ^ 3) (10 ^ 2) (22 ^ 2–21 ^ 2) = (2 ^ 3) (10 ^ 2) (22 + 21) (22–21) = [/ matemáticas]

[matemáticas] (8) (100) (43) (1) = 34400 [/ matemáticas]

¡No se necesita calculadora!

40 ^ 3–38 ^ 3 + 36 ^ 3 …… 4 ^ 3–2 ^ 3

2 ^ 3 (20 ^ 3 -19 ^ 3 + 18 ^ 3 …… .2 ^ 3–1 ^ 3)

Use la relación a ^ 3-b ^ 3 = (ab) (a ^ 2 + b ^ 2 + ab)

2 ^ 3 ((20–19) (20 ^ 2 + 19 ^ 2 + 20 × 19) + (18–17) (18 ^ 2 + 17 ^ 2 + 18 * 17) …… .. (2–1) (2 ^ 2 + 1 ^ 2 + 2 * 1))

2 ^ 3 (20 ^ 2 + 19 ^ 2 + 20 * 19 + 18 ^ 2 + 17 ^ 2 + 18 * 17 …… ..2 ^ 2 + 1 ^ 2 + 2 * 1)

2 ^ 3 (20 ^ 2 + 19 ^ 2 + 18 ^ 2 …… 2 ^ 2 + 1 ^ 2 + 20 × 19 + 18 * 17 +… .2 * 1)

20 ^ 2 + 19 ^ 2 + 18 ^ 2… .2 ^ 2 + 1 ^ 2 = suma del cuadrado del número natural de 1 a 20 =

(N) (N + 1) (2N + 1) / 6 donde n = 20

20 × 19 + 18 × 17 + 16 × 15 …… .2 × 1 = suma de ((2N) (2N-1)) de 1 a 10

= 4N ^ 2–2N

= (4 × (N) (N + 1) (2N + 1)) / 6–2 (N) (N + 1) / 2 donde N = 10

Respuesta: 34400

[matemáticas] \ Sigma {(4n) ^ 3- (4n-2) ^ 3} = \ Sigma {64n ^ 3 – (64n ^ 3–96n ^ 2 + 48n-8)} [/ matemáticas]

[matemáticas] = \ Sigma {96n ^ 2–48n + 8} = \ frac {96n (n + 1) (2n + 1)} {6} – \ frac {48n (n + 1)} {2} + 8n [/matemáticas]

[matemáticas] Respuesta = 160 \ veces 11 \ veces 21 – 240 \ veces 11 + 80 = 34400 [/ matemáticas]

Como revisar ?

[matemáticas] \ Sigma_1 = 96 – 48 + 8 = 56 (4 ^ 3 – 2 ^ 3 = 64 – 8 = 56) [/ matemáticas]

[matemáticas] \ Sigma_2 = 96 \ veces 5 – 48 \ veces 3 + 8 \ veces 2 = 480 – 144 + 16 = 352 (8 ^ 3 – 6 ^ 3 = 512 – 216 = 296, 296 + 56 = 352) [ /matemáticas]

[matemáticas] 40 ^ 3-38 ^ 3 +… + 4 ^ 3-2 ^ 3 [/ matemáticas]

[matemáticas] = 2 ^ 3 (20 ^ 3 – 19 ^ 3 + 18 ^ 3 – 17 ^ 3 +… + 2 ^ 3-1 ^ 3) [/ matemáticas] (*)

Ahora necesita darse cuenta de la siguiente identidad:

[matemáticas] a ^ 3 – b ^ 3 = (ab) (a ^ 2 + ab + b ^ 2) [/ matemáticas]

Específicamente, si [matemática] b = a-1 [/ matemática], el lado derecho es: [matemática] 3a ^ 2 -3a +1 [/ matemática]

Entonces (*) se puede reducir a

[matemáticas] = 2 ^ 3 \ sum _ {i = 1} ^ {10} [3 (2i) ^ 2 – 3 (2i) +1] [/ matemáticas]

[matemáticas] = 8 \ sum _ {i = 1} ^ {10} [12i ^ 2 – 6i +1] [/ matemáticas]

[matemáticas] = 8 (12 \ sum_ {i = 1} ^ {10} i ^ 2 – 6 \ sum_ {i = 1} ^ {10} i + \ sum_ {i = 1} ^ {10} 1) [ /matemáticas](**)

Porque [matemáticas] \ sum_ {i = 1} ^ ni ^ 2 = \ frac {1} {6} n (n + 1) (2n + 1) [/ matemáticas] y [matemáticas] \ sum_ {i = 1} ^ ni = \ frac {1} {2} n (n + 1) [/ math] (ambos son bien conocidos)

Eso reduce (**) a

[matemáticas] = 8 (2 \ veces 10 \ veces 11 \ veces 21 – 3 \ veces 10 \ veces 11 + 10) [/ matemáticas]

[matemáticas] = 8 (4620 – 330 +10) [/ matemáticas]

[matemáticas] = 8 (4300) [/ matemáticas]

[matemáticas] = 34400 [/ matemáticas]