Question Number 5784 by Rasheed Soomro last updated on 27/May/16
$$ \\ $$$$\mathcal{D}{etermine}: \\ $$$$\mathrm{1}+\frac{{a}+{r}}{{ar}}+\frac{{a}+\mathrm{2}{r}}{{ar}^{\mathrm{2}} }+…+\frac{{a}+\left({n}−\mathrm{1}\right){r}}{{ar}^{{n}−\mathrm{1}} } \\ $$
Answered by Yozzii last updated on 27/May/16
$${S}\left({n}\right)=\mathrm{1}+\frac{{a}+{r}}{{ar}}+\frac{{a}+\mathrm{2}{r}}{{ar}^{\mathrm{2}} }+\frac{{a}+\mathrm{3}{r}}{{ar}^{\mathrm{3}} }+…+\frac{{a}+\left({n}−\mathrm{3}\right){r}}{{ar}^{{n}−\mathrm{3}} }+\frac{{a}+\left({n}−\mathrm{2}\right){r}}{{ar}^{{n}−\mathrm{2}} }+\frac{{a}+\left({n}−\mathrm{1}\right){r}}{{ar}^{{n}−\mathrm{1}} } \\ $$$${S}\left({n}\right)=\mathrm{1}+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{2}}{{ar}}\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{3}}{{ar}^{\mathrm{2}} }\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{4}} }+\frac{\mathrm{4}}{{ar}^{\mathrm{3}} }\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{5}} }+\frac{\mathrm{5}}{{ar}^{\mathrm{4}} }\right)+…+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{3}} }+\frac{{n}−\mathrm{3}}{{ar}^{{n}−\mathrm{4}} }\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{2}} }+\frac{{n}−\mathrm{2}}{{ar}^{{n}−\mathrm{3}} }\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{1}} }+\frac{{n}−\mathrm{1}}{{ar}^{{n}−\mathrm{2}} }\right) \\ $$$$\Rightarrow{rS}\left({n}\right)={r}+\left(\mathrm{1}+\frac{{r}}{{a}}\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}}+\frac{\mathrm{2}}{{a}}\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{3}}{{ar}}\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{4}}{{ar}^{\mathrm{2}} }\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{4}} }+\frac{\mathrm{5}}{{ar}^{\mathrm{3}} }\right)+…+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{4}} }+\frac{{n}−\mathrm{3}}{{ar}^{{n}−\mathrm{5}} }\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{3}} }+\frac{{n}−\mathrm{2}}{{ar}^{{n}−\mathrm{4}} }\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{2}} }+\frac{{n}−\mathrm{1}}{{ar}^{{n}−\mathrm{3}} }\right) \\ $$$$\Rightarrow\left(\mathrm{1}−{r}\right){S}\left({n}\right)=−{r}−\frac{\mathrm{2}}{{a}}+\mathrm{1}−\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{r}}−\frac{\mathrm{1}}{{r}}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}−\frac{{r}}{{a}}+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{2}}{{ar}}−\frac{\mathrm{3}}{{ar}}+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{3}}{{ar}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{4}}{{ar}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{4}} }−\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{4}} }+\frac{\mathrm{4}}{{ar}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{5}}{{ar}^{\mathrm{3}} }+…+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{1}}{{ar}^{{n}−\mathrm{4}} }+\mathrm{0}−\frac{\mathrm{1}}{{ar}^{{n}−\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{1}} }+\frac{{n}−\mathrm{1}}{{ar}^{{n}−\mathrm{2}} } \\ $$$$\left(\mathrm{1}−{r}\right){S}\left({n}\right)=−{r}−\frac{\mathrm{1}+{r}}{{a}}−\left(\frac{\mathrm{1}}{{ar}}+\frac{\mathrm{1}}{{ar}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{ar}^{\mathrm{3}} }+…+\frac{\mathrm{1}}{{ar}^{{n}−\mathrm{4}} }+\frac{\mathrm{1}}{{ar}^{{n}−\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{1}}{{ar}^{{n}−\mathrm{2}} }\right)+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{1}} }+\frac{{n}}{{ar}^{{n}−\mathrm{2}} } \\ $$$$\left(\mathrm{1}−{r}\right){S}\left({n}\right)=−\frac{\mathrm{1}+{r}}{{a}}+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{1}} }+\frac{{n}}{{ar}^{{n}−\mathrm{2}} }−{r}−\frac{\mathrm{1}}{{ar}}\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{r}}+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{2}} }+…\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{5}} }+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{4}} }+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{3}} }\right) \\ $$$${S}\left({n}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{r}}\left(−\frac{\mathrm{1}+{r}}{{a}}+\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{1}} }+\frac{{n}}{{ar}^{{n}−\mathrm{2}} }−{r}−\frac{\mathrm{1}}{{ar}}\left(\frac{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{2}} }}{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{r}}}\right)\right) \\ $$$${S}\left({n}\right)=\frac{\mathrm{1}}{{r}−\mathrm{1}}\left({r}+\frac{{r}+\mathrm{1}}{{a}}+\frac{\mathrm{1}}{{ar}}\left(\frac{\left({r}^{{n}−\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)/{r}^{{n}−\mathrm{2}} }{\left({r}−\mathrm{1}\right)/{r}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{1}} }−\frac{{n}}{{ar}^{{n}−\mathrm{2}} }\right) \\ $$$${S}\left({n}\right)=\frac{\mathrm{1}}{{r}−\mathrm{1}}\left({r}+\frac{{r}+\mathrm{1}}{{a}}+\frac{{r}^{{n}−\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{{ar}^{{n}−\mathrm{2}} \left({r}−\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{{r}^{{n}−\mathrm{1}} }−\frac{{n}}{{ar}^{{n}−\mathrm{2}} }\right) \\ $$$$−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− \\ $$$${E}.{g}.\:{n}=\mathrm{1} \\ $$$${S}\left(\mathrm{1}\right)=\frac{\mathrm{1}}{{r}−\mathrm{1}}\left({r}+\frac{{r}+\mathrm{1}}{{a}}+\frac{{r}^{−\mathrm{1}} −\mathrm{1}}{{ar}^{−\mathrm{1}} \left({r}−\mathrm{1}\right)}−\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{ar}^{−\mathrm{1}} }\right) \\ $$$${S}\left(\mathrm{1}\right)=\frac{\mathrm{1}}{{r}−\mathrm{1}}\left({r}−\mathrm{1}+\frac{{r}+\mathrm{1}}{{a}}+\frac{{r}^{−\mathrm{1}} −\mathrm{1}}{{a}\left(\mathrm{1}−{r}^{−\mathrm{1}} \right)}−\frac{{r}}{{a}}\right) \\ $$$${S}\left(\mathrm{1}\right)=\frac{\mathrm{1}}{{r}−\mathrm{1}}\left({r}−\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}−\frac{\mathrm{1}}{{a}}\right) \\ $$$${S}\left(\mathrm{1}\right)=\frac{{r}−\mathrm{1}}{{r}−\mathrm{1}}=\mathrm{1}\:\:\left({r}\neq\mathrm{1}\right) \\ $$$${n}=\mathrm{2} \\ $$$${S}\left(\mathrm{2}\right)=\frac{\mathrm{1}}{{r}−\mathrm{1}}\left({r}+\frac{{r}}{{a}}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}+\mathrm{0}−\frac{\mathrm{1}}{{r}}−\frac{\mathrm{2}}{{a}}\right) \\ $$$${S}\left(\mathrm{2}\right)=\frac{\mathrm{1}}{{r}−\mathrm{1}}\left(\frac{{r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{{r}}+\frac{{r}−\mathrm{1}}{{a}}\right) \\ $$$${S}\left(\mathrm{2}\right)=\frac{{r}+\mathrm{1}}{{r}}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{r}}+\frac{\mathrm{1}}{{a}}=\mathrm{1}+\frac{{a}+{r}}{{ar}} \\ $$
Commented by Rasheed Soomro last updated on 28/May/16
$$\mathcal{T}_{\mathcal{HANK}} \mathcal{S}! \\ $$