TU Wien:Algebra und Diskrete Mathematik VU (diverse)/Übungen 2025W/Beispiel 232

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Berechnen Sie die folgenden Summen durch Aufstellen und Lösen einer Rekursion mittels Ansatzmethode.

∑i=1ni2

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{{Beispiel|status=solved|1=
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}}


Ansatz: ∑i=1ni2=∑i=1n−1i2+n2

Diesen Ansatz können wir umformen in eine inhomogene Differenzengleichung 1. Grades:

⇒xn=xn−1+n2

Also lösen wir zuerst die homogene Gleichung:

xn(h)=xn−1(h)⇒x0=c,c=const.

Jetzt gilt es noch eine partikuläre Lösung zu finden:

Ansatz für Störfunktion n2: xn(p)=A0+A1n+A2n2

Wenn A0=c ist, wäre die homogene Lösung hier enthalten. Da das nicht sein darf, müssen wir noch den ganzen Term mit n multiplizieren.:

xn(p)=A0n+A1n2+A2n3

Dann setzen wir obigen Term hier ein: xn−xn−1=n2

A0n+A1n2+A2n3−A0(n−1)−A1(n−1)2−A2(n−1)3=n2

A0n+A1n2+A2n3−(A0n−A0)−(A1n2−2A1n+A1)−(A2n3−3A2n2+3A2n−A2)=n2

A0+2A1n−A1+3A2n2−3A2n+A2=n2

Eine Gleichung, drei Variablen - das schreit nach Koeffizientenvergleich

quadratische Teile: 3A2=1⇒A2=13

lineare Teile: 2A1−3A2=0⇒A1=12

konstante Teile: A0−A1+A2=0⇒A0=12−13=16

⇒xn(p)=13n3+12n2+16n

Durch Zusammensetzen ergibt sich die allgemeine Lösung:

xn=xn(h)+xn(p)=13n3+12n2+16n+c