Question Number 37891 by abdo mathsup 649 cc last updated on 19/Jun/18
$${calculate}\:{B}_{{n}} =\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}} \:\left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} \left(\mathrm{2}{k}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)\:{interms}\:{of}\:{n}. \\ $$
Commented by prof Abdo imad last updated on 24/Jun/18
$${B}_{{n}} =\:\mathrm{2}\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}} {k}^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} \:+\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}} \left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} \\ $$$${let}\:{p}\left({x}\right)=\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}} \:{x}^{{k}} \:\:\:{with}\:{x}\neq\mathrm{1} \\ $$$${p}^{'} \left({x}\right)=\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}\:{x}^{{k}−\mathrm{1}} \:\Rightarrow\:{x}\:{p}^{'} \left({x}\right)=\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:{kx}^{{k}} \:\Rightarrow \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:{k}^{\mathrm{2}} {x}^{{k}−\mathrm{1}} ={p}^{'} \left({x}\right)\:+{xp}''\left({x}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}^{\mathrm{2}} {x}^{{k}} ={xp}^{'} \left({x}\right)+{x}^{\mathrm{2}} {p}''\left({x}\right)\:{but} \\ $$$${p}\left({x}\right)=\frac{{x}^{{n}+\mathrm{1}} −\mathrm{1}}{{x}−\mathrm{1}}\:\Rightarrow{p}^{'} \left({x}\right)=\frac{{n}\:{x}^{{n}+\mathrm{1}} \:−\left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{{n}} +\mathrm{1}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${p}^{''} \left({x}\right)=\frac{\left({n}\left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{{n}} −{n}\left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{{n}−\mathrm{1}} \right)\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \:−\mathrm{2}\left({x}−\mathrm{1}\right)\left({nx}^{{n}+\mathrm{1}} −\left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{{n}} +\mathrm{1}\right)}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$=\frac{\left({x}−\mathrm{1}\right){n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({x}^{{n}} −{x}^{{n}−\mathrm{1}} \right)−\mathrm{2}\left({nx}^{{n}+\mathrm{1}} −\left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{{n}} \:+\mathrm{1}\right)}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:{k}^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} \:=−{p}^{'} \left(−\mathrm{1}\right)\:+{p}^{''} \left(−\mathrm{1}\right) \\ $$$$=−\frac{{n}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}+\mathrm{1}} −\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} +\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:+\frac{−\mathrm{2}{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} −\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} \right)−\mathrm{2}\left\{{n}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}+\mathrm{1}} −\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} +\mathrm{1}\right\}}{−\mathrm{8}} \\ $$$${also}\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}} \left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} =\:\:\frac{\mathrm{1}−\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}} \\ $$$${so}\:{the}\:{value}\:{of}\:{S}\:{is}\:{determined}. \\ $$