3.求和公式的代数方法
(问题的提出)给定任意的多项式f(x)如,1,x,x𠆢2,x𠆢3,或者1/2·x(x-1),1/6·x(x-1)(x-2)等,怎样找出求和公式Sf(x)来计算下述级数之和,f(o)+f(1)+f(2)+⋯十f(n-1)=Sf(n)
对于n=1,2,3,⋯皆成立.
分析:i)不妨先假设上述Sf(n)是n的多项式,则它满足下列特殊性质:
Sf(n+1)-Sf(n)=f(n)
Sf(0)=0(零项的总和为0)
ii)反之,假若有一个多项式Sf(x)满足条件Sf(0)=0和Sf(X+1)-Sf(x)=f(x)
则f(0)=Sf(1)-Sf(0)
f(1)=Sf(2)-Sf(1)
⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯
f(n-1)=Sf(n)-Sf(n-1)
即,f(0)+f(1)+⋯+f(n-1)=Sf(n)-Sf(0)=Sf(n)
(K次)多项式求和定理:给出任何一个k次多项式f(x),存在一个唯一的(k+1)次多项式Sf(x)它满足条件:Sf(0)=0和Sf(x+1)-Sf(x)=f(x),也即,f(0)+f(1)+⋯+f(n-1)=Sf(n)对于所有的n=1,2,3,⋯皆成立.
(代数定理)一个K次多项式f(x)是可以由其(K+1)个值{f(i);0<=i<=k}所唯一确定的,而相应的求和公式Sf(x)是(k+1)次多项式,则需要由其(k+2)个值所决定
下面我们采用一组特殊的多项式来解决这个问题。
令 g。(x)=1
g1(x)=x
g2(x)=1/2·x(x-1)
⋯ ⋯ ⋯ ⋯
gk(x)=1/k!·x(x-1)⋯(x-k+1)
显然上述gk(x)满足gk(i)=0(0<=i<=k-1)和gk(k)=1,所以gk(n)的前k个总和皆为0(即Sgk(i)=0,1<=i<=k),而第(k+1)总和是1,即Sgk(k+1)=1。所以Sgk(x)=gk+1(x),即gk(x)的求和公式Sgk(x)就是这个系列多项式的下一位成员,所以对于给定一个l次的多项式f(x)其求和公式Sf(x)可用下述方法有系统地确定之。
i)首先找一组系数C。,C1,C2,⋯Cl使得
f(x)=C。g。(x)+C1g1(x)+⋯+Clgl(x)
ii)然后,由分配律可得:Sf(x)=C。·g1(x)+C1·g2(x)+⋯+Ck·gk+1(x)+⋯+Cl·gl+1(x)
iii)确定系数Ck(0<=K<=l),方法如下
C。=)f(0),f(1),f(2),⋯,f(l-1),f(l)
C1=)亼f(0),亼f(1),⋯,亼f(l-1)
C2=)亼2f(0),⋯, 亼2f(l-1/
⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯
Cl=)亼lf0)
即下层的值是由上一层相邻的两个数值之差所得出的。