Matemática, perguntado por Lukyo, 11 meses atrás

Sabendo que

\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^n} k! = S,

e que

(k + 1)! – k! = k · k!,

escreva uma expressão para o somatório

\mathsf{\displaystyle\sum_{k=0}^n} k² · k!

em função de S.

Soluções para a tarefa

Respondido por Niiya
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Vamos encontrar \Delta(a_{k}), onde a_{k}=k\cdot k!:

\Delta(a_{k})=a_{k+1}-a_{k}\\\\\Delta(a_{k})=(k+1)\cdot(k+1)!-k\cdot k!\\\\\Delta(a_{k})=(k+1)\cdot(k+1)\cdot k!-k\cdot k!\\\\\Delta(a_{k})=(k+1)^{2}\cdot k!-k\cdot k!\\\\\Delta(a_{k})=(k^{2}+2k+1)\cdot k!-k\cdot k!

Colocando k! em evidência:

\Delta(a_{k})=(k^{2}+2k+1-k)\cdot k!\\\\\Delta(a_{k})=(k^{2}+k+1)\cdot k!\\\\\Delta(a_{k})=k^{2}\cdot k!+k\cdot k!+k!\\\\\Delta(a_{k})=k^{2}\cdot k!+\Delta(b_{k})+k!

onde b_{k}=k!.

Isolando k^{2}\cdot k!:

k^{2}\cdot k!=\Delta(a_{k})-\Delta(b_{k})-k!\\\\k^{2}\cdot k!=\Delta(a_{k}-b_{k})-k!

Pois o operador \Delta é linear. Então:

\displaystyle\sum_{k=0}^{n}k^{2}\cdot k!=\sum_{k=0}^{n}\big[\Delta(a_{k}-b_{k})-k!\big]\\\\\\\sum_{k=0}^{n}k^{2}\cdot k!=\sum_{k=0}^{n}\Delta(a_{k}-b_{k})-\sum_{k=0}^{n}k!\\\\\\\sum_{k=0}^{n}k^{2}\cdot k!=\sum_{k=0}^{n}\Delta(a_{k}-b_{k})-\mathsf{S}

Por propriedade, temos \sum\limits_{k=\ell}^{n}\Delta(c_{k})=c_{n+1}-c_{\ell}, então

\displaystyle\sum_{k=0}^{n}k^{2}\cdot k!=\big[a_{n+1}-b_{n+1}\big]-\big[a_{0}-b_{0}\big]-\mathsf{S}\\\\\\\sum_{k=0}^{n}k^{2}\cdot k!=\big[a_{n+1}-b_{n+1}\big]-\big[0\cdot0!-0!]-\mathsf{S}\\\\\\\sum_{k=0}^{n}k^{2}\cdot k!=(n+1)\cdot(n+1)!-(n+1)!-\big[0-1\big]-\mathsf{S}\\\\\\\sum_{k=0}^{n}k^{2}\cdot k!=(n+1)!\cdot\big[(n+1)-1\big]+1-\mathsf{S}\\\\\\\boxed{\boxed{\sum_{k=0}^{n}k^{2}\cdot k!=n\cdot(n+1)!+1-\mathsf{S}}}
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