已知 $S(n,k)=\displaystyle \sum_{i=1}^n{i^k}$,其中 $k,n\in\mathbb N^{\ast}$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 数学竞赛
    >
    数列
    >
    数列求和
  • 题型
    >
    数列
    >
    数列求和
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的求和方法
    >
    基本求和公式
  • 数学竞赛
    >
    数列
    >
    数列求和
  • 方法
    >
    思考方式
    >
    递推与递归
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的递推公式
  1. 求 $S(n,1)$,$S(n,2)$,$S(n,3)$;
    标注
    • 数学竞赛
      >
      数列
      >
      数列求和
    • 题型
      >
      数列
      >
      数列求和
    • 知识点
      >
      数列
      >
      数列的求和方法
      >
      基本求和公式
    答案
    $S(n,1)=\dfrac 12n^2+\dfrac 12n$,$S(n,2)=\dfrac 13n^3+\dfrac 12n^2+\dfrac 16n$,$S(n,3)=\dfrac 14n^4+\dfrac 12n^3+\dfrac 14n^2$
    解析
    根据等差数列的求和公式,有\[S(n,1)=\dfrac 12n(n+1)=\dfrac 12n^2+\dfrac 12n.\]由和立方公式,有\[(i+1)^3=i^3+3i^2+3i+1,\]于是\[\sum_{i=1}^n(i+1)^3=\sum_{i=1}^ni^3+3S(n,2)+3S(n,1)+n,\]即\[(n+1)^3-n-1=3S(n,2)+3S(n,1),\]整理可得\[S(n,2)=\dfrac 13n^3+\dfrac 12n^2+\dfrac 16n.\]类似的,由\[(i+1)^4=i^4+4i^3+6i^2+4i+1,\]可得\[S(n,3)=\dfrac 14n^4+\dfrac 12n^3+\dfrac 14n^2.\]
  2. 给出 $S(n,k)$ 关于 $k$ 的一个递推公式.
    标注
    • 数学竞赛
      >
      数列
      >
      数列求和
    • 方法
      >
      思考方式
      >
      递推与递归
    • 知识点
      >
      数列
      >
      数列的递推公式
    答案
    $S(n,k)=\dfrac{(n+1)^{k+1}-n-1-{\rm C}_{k+1}^{k-1}S(n,k-1)-{\rm C}_{k+1}^{k-2}S(n,k-2)-\cdots-{\rm C}_{k+1}^1S(n,1)}{k+1}$
    解析
    由二项式定理,有\[(i+1)^{k+1}=i^{k+1}+{\rm C}_{k+1}^ki^k+{\rm C}_{k+1}^{k-1}i^{k-1}+\cdots+{\rm C}_{k+1}^1i+1,\]于是\[\sum_{i=1}^n(i+1)^{k+1}=\sum_{i=1}^ni^{k+1}+{\rm C}_{k+1}^kS(n,k)+{\rm C}_{k+1}^{k-1}S(n,k-1)+\cdots+{\rm C}_{k+1}^1S(n,1)+n,\]整理可得\[S(n,k)=\dfrac{(n+1)^{k+1}-n-1-{\rm C}_{k+1}^{k-1}S(n,k-1)-{\rm C}_{k+1}^{k-2}S(n,k-2)-\cdots-{\rm C}_{k+1}^1S(n,1)}{k+1}.\]
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
0.124280s