Question Number 11341 by Nadium last updated on 21/Mar/17
Commented by FilupS last updated on 22/Mar/17
$$\Omega=\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{4}} }\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\underset{{j}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left({i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} \right)\mid{i}^{\mathrm{2}} −{j}^{\mathrm{2}} \mid\right) \\ $$$$\: \\ $$$${i}^{\mathrm{2}} −{j}^{\mathrm{2}} =\left({i}+{j}\right)\left({i}−{j}\right) \\ $$$$\therefore\underset{{j}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left({i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} \right)\mid{i}^{\mathrm{2}} −{j}^{\mathrm{2}} \mid=\underset{{j}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left({i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} \right)\mid\left({i}+{j}\right)\left({i}−{j}\right)\mid \\ $$$${i},\:{j}\:>\mathrm{0} \\ $$$$\therefore=\underset{{j}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left({i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} \right)\left({i}+{j}\right)\mid{i}−{j}\mid \\ $$$${S}=\left({i}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\left({i}+\mathrm{1}\right)\mid{i}−\mathrm{1}\mid+\left({i}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\right)\left({i}+\mathrm{2}\right)\mid{i}−\mathrm{2}\mid+… \\ $$$$\:\:\:\:\:…+\left({i}^{\mathrm{2}} +{n}\right)\left({i}+{n}\right)\mid{i}−{n}\mid \\ $$$$\: \\ $$$$\Omega=\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{4}} }\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\underset{{j}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left({i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} \right)\mid{i}^{\mathrm{2}} −{j}^{\mathrm{2}} \mid\right) \\ $$$$\Omega=\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{4}} }\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left({S}\right) \\ $$$$\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left({S}\right)=\left(\mathrm{1}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{1}\right)\mid\mathrm{1}−\mathrm{1}\mid+\left(\mathrm{1}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{2}\right)\mid\mathrm{1}−\mathrm{2}\mid+… \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:…+\left(\mathrm{2}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}+\mathrm{1}\right)\mid\mathrm{2}−\mathrm{1}\mid+\left(\mathrm{2}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{2}+\mathrm{2}\right)\mid\mathrm{2}−\mathrm{2}\mid+… \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:…+\left(\mathrm{3}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{3}+\mathrm{1}\right)\mid\mathrm{3}−\mathrm{1}\mid+\left(\mathrm{3}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{3}+\mathrm{2}\right)\mid\mathrm{3}−\mathrm{2}\mid+… \\ $$$$……… \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\left(\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{0}\right)+\left(\mathrm{3}\right)\left(\mathrm{3}\right)\left(\mathrm{1}\right)+\left(\mathrm{4}\right)\left(\mathrm{4}\right)\left(\mathrm{2}\right)+… \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:…+\left(\mathrm{5}\right)\left(\mathrm{3}\right)\left(\mathrm{1}\right)+\left(\mathrm{6}\right)\left(\mathrm{4}\right)\left(\mathrm{0}\right)+\left(\mathrm{7}\right)\left(\mathrm{5}\right)\left(\mathrm{1}\right)+… \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:…+\left(\mathrm{10}\right)\left(\mathrm{4}\right)\left(\mathrm{2}\right)+\left(\mathrm{11}\right)\left(\mathrm{5}\right)\left(\mathrm{1}\right)+\left(\mathrm{12}\right)\left(\mathrm{6}\right)\left(\mathrm{0}\right)+… \\ $$$$… \\ $$$$=? \\ $$$${working} \\ $$
Commented by nume1114 last updated on 22/Mar/17
$$\:\:\:\:\left({i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} \right)\mid{i}^{\mathrm{2}} −{j}^{\mathrm{2}} \mid \\ $$$$=\mid{i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} \mid\mid{i}^{\mathrm{2}} −{j}^{\mathrm{2}} \mid\:\:\left[{i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{is}\:\mathrm{always}\:+\mathrm{ve}\right] \\ $$$$=\mid\left({i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} \right)\left({i}^{\mathrm{2}} −{j}^{\mathrm{2}} \right)\mid\:\:\left[\mid{a}\mid\mid{b}\mid=\mid{ab}\mid\right] \\ $$$$=\mid{i}^{\mathrm{4}} −{j}^{\mathrm{4}} \mid \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{if}\:{i}>{j}\:\mathrm{then}\:\mid{i}^{\mathrm{4}} −{j}^{\mathrm{4}} \mid={i}^{\mathrm{4}} −{j}^{\mathrm{4}} \\ $$$$\:\:\:\:{i}={j}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mid{i}^{\mathrm{4}} −{j}^{\mathrm{4}} \mid=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:{i}<{j}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mid{i}^{\mathrm{4}} −{j}^{\mathrm{4}} \mid={j}^{\mathrm{4}} −{i}^{\mathrm{4}} \\ $$$$\mathrm{so}, \\ $$$$\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\underset{{j}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\mid{i}^{\mathrm{4}} −{j}^{\mathrm{4}} \mid\right) \\ $$$$=\:\mid\mathrm{1}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \mid+\mid\mathrm{1}^{\mathrm{4}} −\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \mid+\mid\mathrm{1}^{\mathrm{4}} −\mathrm{3}^{\mathrm{4}} \mid+\ldots+\mid\mathrm{1}^{\mathrm{4}} −{n}^{\mathrm{4}} \mid \\ $$$$\:+\mid\mathrm{2}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \mid+\mid\mathrm{2}^{\mathrm{4}} −\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \mid+\mid\mathrm{2}^{\mathrm{4}} −\mathrm{3}^{\mathrm{4}} \mid+\ldots+\mid\mathrm{2}^{\mathrm{4}} −{n}^{\mathrm{4}} \mid \\ $$$$\:+\mid\mathrm{3}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \mid+\mid\mathrm{3}^{\mathrm{4}} −\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \mid+\mid\mathrm{3}^{\mathrm{4}} −\mathrm{3}^{\mathrm{4}} \mid+\ldots+\mid\mathrm{3}^{\mathrm{4}} −{n}^{\mathrm{4}} \mid \\ $$$$\:\vdots\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\ddots \\ $$$$\:+\mid{n}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \mid+\mid{n}^{\mathrm{4}} −\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \mid+\mid{n}^{\mathrm{4}} −\mathrm{3}^{\mathrm{4}} \mid+\ldots+\mid{n}^{\mathrm{4}} −{n}^{\mathrm{4}} \mid \\ $$$$=\:\left(\mathrm{0}\right)+\left(\mathrm{2}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \right)+\left(\mathrm{3}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \right)+\ldots+\left({n}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \right) \\ $$$$\:+\left(\mathrm{2}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \right)+\left(\mathrm{0}\right)+\left(\mathrm{3}^{\mathrm{4}} −\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \right)+\ldots+\left({n}^{\mathrm{4}} −\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \right) \\ $$$$\:+\left(\mathrm{3}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \right)+\left(\mathrm{3}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \right)+\left(\mathrm{0}\right)+\ldots+\left({n}^{\mathrm{4}} −\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \right) \\ $$$$\:\vdots\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\ddots \\ $$$$\:+\left({n}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}^{\mathrm{4}} \right)+\left({n}^{\mathrm{4}} −\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \right)+\left({n}^{\mathrm{4}} −\mathrm{3}^{\mathrm{4}} \right)+\ldots+\left(\mathrm{0}\right) \\ $$$$=\:\mathrm{2}\underset{{n}\geqslant{i}>{j}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\left({i}^{\mathrm{4}} −{j}^{\mathrm{4}} \right) \\ $$$$=\mathrm{2}\underset{{i}=\mathrm{2}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\underset{{j}=\mathrm{1}} {\overset{{i}−\mathrm{1}} {\sum}}\left({i}^{\mathrm{4}} −{j}^{\mathrm{4}} \right)\right) \\ $$