TU Wien:Mathematik 1 UE (diverse)/Übungen SS09/Beispiel 24

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Man zeige für alle n∈ℕ∖{0}:∑k=1nakbk=an∑k=1nbk−∑k=1n−1[(ak+1−ak)∑j=1kbj]

Lösungsvorschlag

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Hier ein Lösungsvorschlag, nachdem dieses Beispiel bislang noch keine Lösung hat.

Induktionsanfang

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∑k=11akbk=a1∑k=11bk−∑k=10[(ak+1−ak)∑j=1kbj]

a1b1=a1b1

∑k=12akbk=a2∑k=12bk−∑k=11[(ak+1−ak)∑j=1kbj]

a1b1+a2b2=a2(b1+b2)−[(a2−a1)b1]

a1b1+a2b2=a2b1+a2b2−a2b1+a1b1

a1b1+a2b2=a1b1+a2b2

Induktionsschritt

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Die Beziehung ∑k=1n+1akbk=an+1∑k=1n+1bk−∑k=1n[(ak+1−ak)∑j=1kbj] ist zu zeigen.

Aus der Induktionsvoraussetzung können wir weiters: an+1∑k=1n+1bk−∑k=1n[(ak+1−ak)∑j=1kbj]=(an+1bn+1)+an∑k=1nbk−∑k=1n−1[(ak+1−ak)∑j=1kbj] setzen.

Umformungen und Indexverschiebungen

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1. Indexverschiebung (mit erstem Teil der Gleichung):

an∑k=1nbk=an∑k=1n+1bk−anbn+1

2. Indexverschiebung (mit zweitem Teil der Gleichung):

∑k=1n−1[(ak+1−ak)∑j=1kbj]=∑k=1n[(ak+1−ak)∑j=1kbj]−(an+1−an)∑k=1nbj

3. Einsetzen in die Gesamtgleichung:

(an+1bn+1)+an∑k=1n+1bk−anbn+1−∑k=1n[(ak+1−ak)∑j=1kbj]+(an+1−an)∑k=1nbk

4. Ausmultiplizieren und umformen, um die Terme, die sich wegheben deutlich zu machen:

an∑k=1n+1bk−an∑k=1nbk+(an+1bn+1)−anbn+1+an+1∑k=1nbk−∑k=1n[(ak+1−ak)∑j=1kbj]

an∑k=1n+1bk−an∑k=1nbk hebt sich bis auf den Term anbn+1 weg. Somit vereinfacht sich der Term zu:

anbn+1−anbn+1+an+1bn+1+an+1∑k=1nbk−∑k=1n[(ak+1−ak)∑j=1kbj]

Und Schlussendlich: an+1∑k=1n+1bk−∑k=1n[(ak+1−ak)∑j=1kbj]=an+1∑k=1n+1bk−∑k=1n[(ak+1−ak)∑j=1kbj]. Q.E.D.

--W1n5t0n 13:44, 14. Jun. 2009 (CEST)