Question Number 46731 by maxmathsup by imad last updated on 30/Oct/18
$${calculate}\:\sum_{\left({i},{j}\right)\in{N}} \:\:\frac{{i}^{\mathrm{2}} \:+{j}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}+{j}} } \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 01/Nov/18
$$\:{S}\:=\sum_{{i}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\sum_{{j}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{i}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} \:\mathrm{2}^{{j}} }\:+\sum_{{i}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\sum_{{j}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{j}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} \:\mathrm{2}^{{j}} } \\ $$$$=\mathrm{2}\sum_{{i}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{i}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }.\sum_{{j}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{j}} }\:\:{but}\:\:\sum_{{j}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{j}} }\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\:=\mathrm{2}\:\:{and}\:\sum_{{i}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{i}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }\:={w}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)\:{with} \\ $$$${w}\left({x}\right)=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:{n}^{\mathrm{2}} \:{x}^{{n}} \:\:\:\:{let}\:{take}\:\mid{x}\mid<\mathrm{1}\:\:{we}\:{have}\:\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:{x}^{{n}} \:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{x}}\:\Rightarrow \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:{nx}^{{n}−\mathrm{1}} \:=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:{nx}^{{n}} \:=\frac{{x}}{\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:{n}^{\mathrm{2}} \:{x}^{{n}−\mathrm{1}} \:=\frac{\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{\mathrm{2}} −{x}\left(−\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{1}−{x}\right)}{\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{\mathrm{4}} }\:=\frac{\mathrm{1}−{x}+\mathrm{2}{x}}{\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{\mathrm{3}} }\:=\frac{\mathrm{1}+{x}}{\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{\mathrm{3}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:{n}^{\mathrm{2}} {x}^{{n}} \:=\:\frac{{x}+{x}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{\mathrm{3}} }\:\Rightarrow\:{w}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)\:=\frac{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\:}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}}{\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{3}} }\:=\mathrm{8}.\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\:=\mathrm{6}\:\Rightarrow \\ $$$${S}\:=\mathrm{2}\:.\mathrm{6}.\mathrm{2}\:=\mathrm{24}\:\Rightarrow\:\bigstar\:{S}=\mathrm{24}\bigstar. \\ $$$$ \\ $$
Answered by MrW3 last updated on 01/Nov/18
$${S}_{{n}} =\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\underset{{j}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}+{j}} } \\ $$$$\frac{{i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}+{j}} }=\frac{{i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} \mathrm{2}^{{j}} }=\frac{{i}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }×\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{j}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} }×\frac{{j}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{j}} } \\ $$$${S}_{{n}} =\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\underset{{j}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{2}} +{j}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}+{j}} }=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }×\underset{{j}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{j}} }+\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} }×\underset{{j}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{j}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{j}} } \\ $$$$\Rightarrow{S}_{{n}} =\mathrm{2}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }×\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} } \\ $$$${P}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} }=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$${Q}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}}{\mathrm{2}^{{i}} }=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{2}^{\mathrm{4}} }+…+\frac{{n}}{\mathrm{2}^{{n}} } \\ $$$$\mathrm{2}{Q}=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }+…+\frac{{n}}{\mathrm{2}^{{n}−\mathrm{1}} } \\ $$$$\mathrm{2}{Q}=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}+\mathrm{3}}{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }+…+\frac{\mathrm{1}+{n}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}−\mathrm{1}} } \\ $$$$\mathrm{2}{Q}=\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }+…+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}−\mathrm{1}} }\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }+…+\frac{{n}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}−\mathrm{1}} }\right) \\ $$$$\mathrm{2}{Q}=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }+…+\frac{{n}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}−\mathrm{1}} }+\frac{{n}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right)−\frac{{n}}{\mathrm{2}^{{n}} } \\ $$$$\mathrm{2}{Q}=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right)+{Q}−\frac{{n}}{\mathrm{2}^{{n}} } \\ $$$$\Rightarrow{Q}=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}} }\right)−\frac{{n}}{\mathrm{2}^{{n}} } \\ $$$$\Rightarrow{Q}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}}{\mathrm{2}^{{i}} }=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{{n}+\mathrm{2}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$${R}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} }=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} }+\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} } \\ $$$$=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\left({i}−\mathrm{1}\right)\left({i}−\mathrm{1}+\mathrm{2}\right)}{\mathrm{2}^{{i}} }+\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} } \\ $$$$=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\left({i}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }+\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{2}\left({i}−\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}^{{i}} }+\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} } \\ $$$$=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\left({i}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }+\mathrm{2}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}}{\mathrm{2}^{{i}} }−\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\left({i}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}−\mathrm{1}} }+\mathrm{2}{Q}−{P} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left[\mathrm{2}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }+…+\frac{\left({n}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{n}−\mathrm{1}} }\right]+\mathrm{2}{Q}−{P} \\ $$$$=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }+…+\frac{\left({n}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{n}−\mathrm{1}} }+\frac{{n}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{n}} }\right]−\frac{{n}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }+\mathrm{2}{Q}−{P} \\ $$$$\Rightarrow{R}=\mathrm{1}+\frac{{R}}{\mathrm{2}}−\frac{{n}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }+\mathrm{2}{Q}−{P} \\ $$$$\Rightarrow\frac{{R}}{\mathrm{2}}=\mathrm{1}−\frac{{n}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }+\mathrm{2}×\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{{n}+\mathrm{2}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right)−\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$$\Rightarrow\frac{{R}}{\mathrm{2}}=\mathrm{3}−\frac{{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{n}+\mathrm{6}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} } \\ $$$$\Rightarrow{R}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }=\mathrm{2}\left(\mathrm{3}−\frac{{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{n}+\mathrm{6}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$$\Rightarrow{S}_{{n}} =\mathrm{2}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }×\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} }=\mathrm{2}{RP}=\mathrm{2}×\mathrm{2}\left(\mathrm{3}−\frac{{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{n}+\mathrm{6}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right)×\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$$\Rightarrow{S}_{{n}} =\mathrm{8}\left(\mathrm{3}−\frac{{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{n}+\mathrm{6}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right)\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$$\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}{S}_{{n}} =\mathrm{24} \\ $$
Commented by prof Abdo imad last updated on 31/Oct/18
$${thnk}\:{you}\:{sir}. \\ $$
Commented by behi83417@gmail.com last updated on 01/Nov/18
$${sir}\:{mrW}\mathrm{3}!\:{you}\:{are}\:{always}\:{the}\:{best}. \\ $$
Commented by MrW3 last updated on 01/Nov/18
$${thank}\:{you}\:{too}\:{sirs}! \\ $$$${I}\:{am}\:{thinking}\:{about}\:{how}\:{to}\:{calculate} \\ $$$$\Sigma\frac{{i}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}} } \\ $$$$\Sigma\frac{{i}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{2}^{{i}} } \\ $$$${etc}. \\ $$$${any}\:{idea}? \\ $$$${my}\:{try}\:{is}\:{to}\:{use}\:{the}\:{same}\:{method}\:{as}\:{above},\:{e}.{g}. \\ $$$${i}^{\mathrm{3}} −\left({i}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} =\mathrm{3}{i}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}{i}+\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow{i}^{\mathrm{3}} =\left({i}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} +\mathrm{3}{i}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}{i}+\mathrm{1} \\ $$
Commented by MrW3 last updated on 01/Nov/18
$${let}\:{S}_{{n}} =\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\underset{{j}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{3}} +{j}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}+{j}} }=\mathrm{2}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}} }\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} } \\ $$$${we}\:{have}\:{already}: \\ $$$${P}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} }=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$${Q}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}}{\mathrm{2}^{{i}} }=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{{n}+\mathrm{2}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$${R}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{{i}} }=\mathrm{2}\left(\mathrm{3}−\frac{{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{n}+\mathrm{6}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$${let}\:{T}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}} } \\ $$$${since}\:{i}^{\mathrm{3}} =\left({i}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} +\mathrm{3}{i}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}{i}+\mathrm{1} \\ $$$${T}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\left({i}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} +\mathrm{3}{i}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}{i}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} } \\ $$$${T}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\left({i}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}} }+\mathrm{3}{R}−\mathrm{3}{Q}+{P} \\ $$$${T}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\left({i}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}−\mathrm{1}} }+\mathrm{3}{R}−\mathrm{3}{Q}+{P} \\ $$$${T}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(−\mathrm{2}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\left({i}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}−\mathrm{1}} }+\mathrm{3}{R}−\mathrm{3}{Q}+{P} \\ $$$${T}=−\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}−\mathrm{1}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}} }+\mathrm{3}{R}−\mathrm{3}{Q}+{P} \\ $$$${T}=−\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{n}} }+\mathrm{3}{R}−\mathrm{3}{Q}+{P} \\ $$$${T}=−\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{T}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{n}} }+\mathrm{3}{R}−\mathrm{3}{Q}+{P} \\ $$$$\frac{{T}}{\mathrm{2}}=−\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{n}} }+\mathrm{3}{R}−\mathrm{3}{Q}+{P} \\ $$$$\Rightarrow{T}=−\mathrm{2}−\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{n}} }+\mathrm{6}{R}−\mathrm{6}{Q}+\mathrm{2}{P} \\ $$$$\Rightarrow{T}=−\mathrm{2}−\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{n}} }+\mathrm{12}\left(\mathrm{3}−\frac{{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{n}+\mathrm{6}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right)−\mathrm{12}\left(\mathrm{1}−\frac{{n}+\mathrm{2}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right)+\mathrm{4}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$$\Rightarrow{T}=−\mathrm{2}−\mathrm{2}×\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }+\mathrm{36}−\mathrm{12}×\frac{{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{n}+\mathrm{6}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }−\mathrm{12}+\mathrm{12}×\frac{{n}+\mathrm{2}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }+\mathrm{4}−\mathrm{4}×\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} } \\ $$$$\Rightarrow{T}=\mathrm{26}−\frac{\mathrm{2}{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{12}\left({n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{n}+\mathrm{6}−{n}−\mathrm{2}\right)+\mathrm{4}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} } \\ $$$$\Rightarrow{T}=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}} }=\mathrm{2}\left(\mathrm{13}−\frac{{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{6}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{18}{n}+\mathrm{26}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$$ \\ $$$${S}_{{n}} =\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\underset{{j}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{3}} +{j}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}+{j}} }=\mathrm{2}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{i}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}^{{i}} }\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{i}} }=\mathrm{2}{TP} \\ $$$$=\mathrm{2}×\mathrm{2}\left(\mathrm{13}−\frac{{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{6}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{18}{n}+\mathrm{26}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right)\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$$\Rightarrow{S}_{{n}} =\mathrm{8}\left(\mathrm{13}−\frac{{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{6}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{18}{n}+\mathrm{26}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right)\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }\right) \\ $$$$\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}{S}_{{n}} =\mathrm{8}×\mathrm{13}=\mathrm{104} \\ $$