Propriedades dos somatórios:
Sabendo que
k · 10^k = (1/81) · [(9n – 1) · 10^(n + 1) + 10],
obtenha uma fórmula fechada para
k · 10^(– k).
Soluções para a tarefa
Respondido por
1
Olá Lukyo
No final da resposta terá um anexo com todas as propriedades utilizadas para elucidar melhor a resposta
__________
Pela propriedade do somatório, através de uma troca de ordem de variável, podemos somar de frente para trás e de trás para frente, que o resultado se mantém, ou seja

Portanto, temos a seguinte igualdade

Vamos mexer nessa igualdade, de forma que apareça o somatório que queremos achar, ou seja

Organizando e desenvolvendo a igualdade


Isole

Multiplique ambos os lados por


Achando a fórmula fechada do somatório
Pela propriedade telescópica, temos que

Tomando





Como já temos a fórmula fechada dos dois somatórios do lado direito, basta substitui-los na equação
![\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=n\cdot\Big(\dfrac{10-10^{-n}}{9}\Big)-\Big(\dfrac{1}{10^n}\Big)\cdot\Big[\dfrac{(9n-1)\cdot10^{n+1}+10}{81}\Big]}\\\\\\\\\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=n\cdot\Big(\dfrac{10-10^{-n}}{9}\Big)-\Big(\dfrac{1}{10^n}\Big)\cdot\Big[\dfrac{(9n-1)\cdot10^{n+1}+10}{81}\Big]} \mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=n\cdot\Big(\dfrac{10-10^{-n}}{9}\Big)-\Big(\dfrac{1}{10^n}\Big)\cdot\Big[\dfrac{(9n-1)\cdot10^{n+1}+10}{81}\Big]}\\\\\\\\\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=n\cdot\Big(\dfrac{10-10^{-n}}{9}\Big)-\Big(\dfrac{1}{10^n}\Big)\cdot\Big[\dfrac{(9n-1)\cdot10^{n+1}+10}{81}\Big]}](https://tex.z-dn.net/?f=%5Cmathsf%7B%5Cdisplaystyle%5Csum_%7Bk%3D0%7D%5Enk%5Ccdot10%5E%7B-k%7D%3Dn%5Ccdot%5CBig%28%5Cdfrac%7B10-10%5E%7B-n%7D%7D%7B9%7D%5CBig%29-%5CBig%28%5Cdfrac%7B1%7D%7B10%5En%7D%5CBig%29%5Ccdot%5CBig%5B%5Cdfrac%7B%289n-1%29%5Ccdot10%5E%7Bn%2B1%7D%2B10%7D%7B81%7D%5CBig%5D%7D%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5Cmathsf%7B%5Cdisplaystyle%5Csum_%7Bk%3D0%7D%5Enk%5Ccdot10%5E%7B-k%7D%3Dn%5Ccdot%5CBig%28%5Cdfrac%7B10-10%5E%7B-n%7D%7D%7B9%7D%5CBig%29-%5CBig%28%5Cdfrac%7B1%7D%7B10%5En%7D%5CBig%29%5Ccdot%5CBig%5B%5Cdfrac%7B%289n-1%29%5Ccdot10%5E%7Bn%2B1%7D%2B10%7D%7B81%7D%5CBig%5D%7D)
![\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=n\cdot\Big(\dfrac{10-10^{-n}}{9}\Big)-\Big[\dfrac{9n\cdo10^{n+1}-10^{n+1}+10}{81\cdot10^n}\Big]}\\\\\\\\\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=\dfrac{9\cdot10^n}{9\cdot10^n}\cdot\Big(\dfrac{n\cdot10-n\cdot10^{-n}}{9}\Big)-\Big[\dfrac{9n\cdot10^{n+1}-10^{n+1}+10}{81\cdot10^n}\Big]} \mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=n\cdot\Big(\dfrac{10-10^{-n}}{9}\Big)-\Big[\dfrac{9n\cdo10^{n+1}-10^{n+1}+10}{81\cdot10^n}\Big]}\\\\\\\\\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=\dfrac{9\cdot10^n}{9\cdot10^n}\cdot\Big(\dfrac{n\cdot10-n\cdot10^{-n}}{9}\Big)-\Big[\dfrac{9n\cdot10^{n+1}-10^{n+1}+10}{81\cdot10^n}\Big]}](https://tex.z-dn.net/?f=%5Cmathsf%7B%5Cdisplaystyle%5Csum_%7Bk%3D0%7D%5Enk%5Ccdot10%5E%7B-k%7D%3Dn%5Ccdot%5CBig%28%5Cdfrac%7B10-10%5E%7B-n%7D%7D%7B9%7D%5CBig%29-%5CBig%5B%5Cdfrac%7B9n%5Ccdo10%5E%7Bn%2B1%7D-10%5E%7Bn%2B1%7D%2B10%7D%7B81%5Ccdot10%5En%7D%5CBig%5D%7D%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5Cmathsf%7B%5Cdisplaystyle%5Csum_%7Bk%3D0%7D%5Enk%5Ccdot10%5E%7B-k%7D%3D%5Cdfrac%7B9%5Ccdot10%5En%7D%7B9%5Ccdot10%5En%7D%5Ccdot%5CBig%28%5Cdfrac%7Bn%5Ccdot10-n%5Ccdot10%5E%7B-n%7D%7D%7B9%7D%5CBig%29-%5CBig%5B%5Cdfrac%7B9n%5Ccdot10%5E%7Bn%2B1%7D-10%5E%7Bn%2B1%7D%2B10%7D%7B81%5Ccdot10%5En%7D%5CBig%5D%7D)
![\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=\Big(\dfrac{9n\cdot10^{n+1}-9n\cdot10^{-n+n}}{81\cdot10^n}\Big)-\Big[\dfrac{9n\cdot10^{n+1}-10^{n+1}+10}{81\cdot10^n}\Big]}\\\\\\\\\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=\dfrac{\diagup\!\!\!\!\!9n\cdot10^{n+1}-9n-\diagup\!\!\!\!\!\!9n\cdot10^{n+1}+10^{n+1}-10}{81\cdot10^n}}\\\\\\\\\boxed{\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=\dfrac{-9n+10^{n+1}-10}{81\cdot10^n}}} \mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=\Big(\dfrac{9n\cdot10^{n+1}-9n\cdot10^{-n+n}}{81\cdot10^n}\Big)-\Big[\dfrac{9n\cdot10^{n+1}-10^{n+1}+10}{81\cdot10^n}\Big]}\\\\\\\\\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=\dfrac{\diagup\!\!\!\!\!9n\cdot10^{n+1}-9n-\diagup\!\!\!\!\!\!9n\cdot10^{n+1}+10^{n+1}-10}{81\cdot10^n}}\\\\\\\\\boxed{\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^nk\cdot10^{-k}=\dfrac{-9n+10^{n+1}-10}{81\cdot10^n}}}](https://tex.z-dn.net/?f=%5Cmathsf%7B%5Cdisplaystyle%5Csum_%7Bk%3D0%7D%5Enk%5Ccdot10%5E%7B-k%7D%3D%5CBig%28%5Cdfrac%7B9n%5Ccdot10%5E%7Bn%2B1%7D-9n%5Ccdot10%5E%7B-n%2Bn%7D%7D%7B81%5Ccdot10%5En%7D%5CBig%29-%5CBig%5B%5Cdfrac%7B9n%5Ccdot10%5E%7Bn%2B1%7D-10%5E%7Bn%2B1%7D%2B10%7D%7B81%5Ccdot10%5En%7D%5CBig%5D%7D%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5Cmathsf%7B%5Cdisplaystyle%5Csum_%7Bk%3D0%7D%5Enk%5Ccdot10%5E%7B-k%7D%3D%5Cdfrac%7B%5Cdiagup%5C%21%5C%21%5C%21%5C%21%5C%219n%5Ccdot10%5E%7Bn%2B1%7D-9n-%5Cdiagup%5C%21%5C%21%5C%21%5C%21%5C%21%5C%219n%5Ccdot10%5E%7Bn%2B1%7D%2B10%5E%7Bn%2B1%7D-10%7D%7B81%5Ccdot10%5En%7D%7D%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5C%5Cboxed%7B%5Cmathsf%7B%5Cdisplaystyle%5Csum_%7Bk%3D0%7D%5Enk%5Ccdot10%5E%7B-k%7D%3D%5Cdfrac%7B-9n%2B10%5E%7Bn%2B1%7D-10%7D%7B81%5Ccdot10%5En%7D%7D%7D)
Encontrada a formula fechada que pede o enunciado
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No final da resposta terá um anexo com todas as propriedades utilizadas para elucidar melhor a resposta
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Pela propriedade do somatório, através de uma troca de ordem de variável, podemos somar de frente para trás e de trás para frente, que o resultado se mantém, ou seja
Portanto, temos a seguinte igualdade
Vamos mexer nessa igualdade, de forma que apareça o somatório que queremos achar, ou seja
Organizando e desenvolvendo a igualdade
Isole
Multiplique ambos os lados por
Achando a fórmula fechada do somatório
Pela propriedade telescópica, temos que
Tomando
Como já temos a fórmula fechada dos dois somatórios do lado direito, basta substitui-los na equação
Encontrada a formula fechada que pede o enunciado
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Anexos:

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