Math Problem Statement

详细列出latex 表达式“$\sum_{i=0}^{N-1}\sum_{j=i}^{N-1}(j -i+1)$”中数学表达式的计算过程

Solution

要详细列出 LaTeX 表达式“$\sum_{i=0}^{N-1}\sum_{j=i}^{N-1}(j -i+1)$”中数学表达式的计算过程,我们可以按以下步骤进行:

  1. 定义双重求和的范围和公式

    • 外层求和:从 i=0i = 0i=N1i = N-1
    • 内层求和:从 j=ij = ij=N1j = N-1
    • 求和公式为 (ji+1)(j - i + 1)
  2. 分析内层求和

    • 对固定的 ii,我们求和 jjiiN1N-1
    • j=iN1(ji+1)\sum_{j=i}^{N-1}(j - i + 1)
  3. 简化内层求和

    • k=jik = j - i,则 j=k+ij = k + i,并且 kk00N1iN - 1 - i
    • 求和公式变为:k=0N1i(k+1)\sum_{k=0}^{N-1-i}(k + 1)
    • 可以拆分为两个求和:k=0N1ik+k=0N1i1\sum_{k=0}^{N-1-i}k + \sum_{k=0}^{N-1-i}1
  4. 计算两个求和

    • k=0N1ik=(N1i)(N1i+1)2\sum_{k=0}^{N-1-i}k = \frac{(N-1-i)(N-1-i+1)}{2}
    • k=0N1i1=N1i+1\sum_{k=0}^{N-1-i}1 = N-1-i+1

    因此,内层求和结果为: k=0N1i(k+1)=(N1i)(Ni)2+(Ni)\sum_{k=0}^{N-1-i}(k + 1) = \frac{(N-1-i)(N-i)}{2} + (N-i) 进一步化简: (N1i)(Ni)+2(Ni)2=N2NiNiN+i2+2N2i2=N22Ni+i2+N2\frac{(N-1-i)(N-i) + 2(N-i)}{2} = \frac{N^2 - Ni - N - iN + i^2 + 2N - 2i}{2} = \frac{N^2 - 2Ni + i^2 + N}{2}

  5. 外层求和

    • ii 从 0 到 N1N-1 进行求和: i=0N1(N22Ni+i2+N2)\sum_{i=0}^{N-1} \left( \frac{N^2 - 2Ni + i^2 + N}{2} \right) 拆分成单独求和: 12i=0N1N212i=0N12Ni+12i=0N1i2+12i=0N1N\frac{1}{2} \sum_{i=0}^{N-1} N^2 - \frac{1}{2} \sum_{i=0}^{N-1} 2Ni + \frac{1}{2} \sum_{i=0}^{N-1} i^2 + \frac{1}{2} \sum_{i=0}^{N-1} N
  6. 分别计算每个求和

    • i=0N1N2=N2×N=N3\sum_{i=0}^{N-1} N^2 = N^2 \times N = N^3
    • i=0N12Ni=2Ni=0N1i=2N(N1)N2=N2(N1)\sum_{i=0}^{N-1} 2Ni = 2N \sum_{i=0}^{N-1} i = 2N \cdot \frac{(N-1)N}{2} = N^2 (N-1)
    • i=0N1i2=(N1)N(2N1)6\sum_{i=0}^{N-1} i^2 = \frac{(N-1)N(2N-1)}{6}
    • i=0N1N=N×N=N2\sum_{i=0}^{N-1} N = N \times N = N^2

    将这些结果代入: 12(N3N3+N2N2+(N1)N(2N1)6)=12((N1)N(2N1)6)=(N1)N(2N1)12\frac{1}{2} \left( N^3 - N^3 + N^2 - N^2 + \frac{(N-1)N(2N-1)}{6} \right) = \frac{1}{2} \left( \frac{(N-1)N(2N-1)}{6} \right) = \frac{(N-1)N(2N-1)}{12}

最终结果: i=0N1j=iN1(ji+1)=(N1)N(2N1)12\sum_{i=0}^{N-1}\sum_{j=i}^{N-1}(j -i+1) = \frac{(N-1)N(2N-1)}{12}

请问您是否需要进一步的详细信息或有任何问题?

您可以选择以下五个问题之一来问我:

  1. 如何推导公式 $\sum_{k=0}^{n} k^2$?
  2. 如何求解双重求和 $\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{m} (i+j)$?
  3. 请解释一下双重求和的概念及其应用。
  4. 如何计算数学表达式的极限 $\lim_{n \to \infty} \sum_{k=1}^{n} \frac{1}{k^2}$?
  5. 如何在 LaTeX 中表示矩阵和行列式?

提示: 在进行复杂求和时,可以尝试先分解求和范围并简化每一部分的计算。

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