Question Number 119055 by mathocean1 last updated on 21/Oct/20 | ||
$$ \\ $$$${Show}\:{by}\:{recurence}\:{that}:\:\forall\:{n}\in\mathbb{N}^{\ast} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \frac{\mathrm{1}}{{k}\left({k}+\mathrm{1}\right)\left({k}+\mathrm{2}\right)}=\frac{{n}\left({n}+\mathrm{3}\right)}{\mathrm{4}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)} \\ $$ | ||
Answered by Bird last updated on 21/Oct/20 | ||
$${n}=\mathrm{1}\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}×\mathrm{3}}\:=\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{2}\right)×\mathrm{4}}\left({rdsult}\:{true}\right) \\ $$$${let}\:{supoose}\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}\:} \left(...\right)=\frac{{n}\left({n}+\mathrm{3}\right)}{\mathrm{4}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}+\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}\left({k}+\mathrm{1}\right)\left({k}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$$=\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}\left({k}+\mathrm{1}\right)\left({k}+\mathrm{2}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$=\frac{{n}\left({n}+\mathrm{3}\right)}{\mathrm{4}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}\left(\frac{{n}\left({n}+\mathrm{3}\right)}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{3}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\left.\right)\left.{n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}\left(\frac{{n}\left({n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}{\mathrm{4}\left({n}+\mathrm{3}\right)}\right) \\ $$$$=\frac{{n}\left({n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}{\mathrm{4}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$${is}\:{this}\:{equal}\:{to}\:\frac{\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{4}\right)}{\mathrm{4}\left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{3}\right)}\:?\mathrm{n}\Rightarrow \\ $$$$\frac{{n}\left({n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}{{n}+\mathrm{1}}=\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{4}\right)\:\Rightarrow \\ $$$${n}\left({n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\:=\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{n}+\mathrm{4}\right) \\ $$$$\mathrm{let}\:\mathrm{prove}\:\mathrm{this}\:\mathrm{we}\:\mathrm{have} \\ $$$$\mathrm{n}\left(\mathrm{n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}=\mathrm{n}\left(\mathrm{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{6n}+\mathrm{9}\right)+\mathrm{4} \\ $$$$=\mathrm{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{6n}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{9n}\:+\mathrm{4} \\ $$$$\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{n}+\mathrm{4}\right)=\left(\mathrm{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{n}+\mathrm{4}\right) \\ $$$$=\mathrm{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{4n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{8n}\:+\mathrm{n}\:+\mathrm{4} \\ $$$$=\mathrm{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{6n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{9n}\:+\mathrm{4}\:\mathrm{so}\:\mathrm{the}\: \\ $$$$\mathrm{equality}\:\mathrm{is}\:\mathrm{true}\:\mathrm{at}\:\mathrm{term}\:\mathrm{n}+\mathrm{1} \\ $$ | ||
Answered by Dwaipayan Shikari last updated on 22/Oct/20 | ||
$${Without}\:{Induction} \\ $$$$\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{k}\left({k}+\mathrm{1}\right)\left({k}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{k}+\mathrm{2}−{k}}{{k}\left({k}+\mathrm{1}\right)\left({k}+\mathrm{2}\right)}\: \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{k}\left({k}+\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\left({k}+\mathrm{1}\right)\left({k}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{k}}−\frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{2}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{2}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}{n}\left({n}+\mathrm{2}\right)−{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{4}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}=\frac{{n}\left({n}+\mathrm{3}\right)}{\mathrm{4}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)} \\ $$ | ||