Question Number 45155 by rahul 19 last updated on 09/Oct/18
Commented by rahul 19 last updated on 09/Oct/18
$${It}'{s}\:{a}\:{very}\:{beautiful}\:{Ques}…. \\ $$
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 10/Oct/18
$${S}_{{n}} =\underset{{n}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{r}^{\mathrm{4}} }{{n}^{\mathrm{5}} }+\frac{{r}^{\mathrm{3}} {n}}{{n}^{\mathrm{5}\:} }+\frac{{r}^{\mathrm{2}} {n}^{\mathrm{2}} }{{n}^{\mathrm{5}} }+\frac{\mathrm{2}{n}^{\mathrm{4}} }{{n}^{\mathrm{5}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{5}} }\underset{{r}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{r}^{\mathrm{4}} +\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{4}} }\underset{{r}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{r}^{\mathrm{3}} +\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{3}} }\underset{{r}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{r}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{2}}{{n}}\underset{{r}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\mathrm{1} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{5}} }\left(\frac{{n}^{\mathrm{5}} }{\mathrm{5}}+\frac{{n}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{2}}+\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}}−\frac{{n}}{\mathrm{30}}\right)+\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{4}} }\left(\frac{{n}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}}+\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}}+\frac{{n}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}\right)+\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{3}} }\left(\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}}+\frac{{n}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}+\frac{{n}}{\mathrm{6}}\right)+\frac{\mathrm{2}}{{n}}\left({n}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{30}{n}^{\mathrm{4}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}{n}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}{n}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{2} \\ $$$$=\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}+\mathrm{2}\right)+{f}\left({n}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{167}}{\mathrm{60}}+{f}\left({n}\right) \\ $$$${S}_{{n}} >\frac{\mathrm{167}}{\mathrm{60}} \\ $$$$ \\ $$
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 10/Oct/18
$${T}_{{n}} =\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{5}} }\underset{{r}=\mathrm{0}} {\overset{{n}−\mathrm{1}} {\sum}}{r}^{\mathrm{4}} +\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{4}} }\underset{{r}=\mathrm{0}} {\overset{{n}−\mathrm{1}} {\sum}}{r}^{\mathrm{3}} +\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{3}} }\underset{{r}=\mathrm{0}} {\overset{{n}−\mathrm{1}} {\sum}}{r}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{2}}{{n}}\underset{{r}=\mathrm{0}} {\overset{{n}−\mathrm{1}} {\sum}}\mathrm{1} \\ $$$$\:\:=\left\{\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{5}} }\underset{{r}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{r}^{\mathrm{4}} +\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{4}} }\underset{{r}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{r}^{\mathrm{3}} +\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{3}} }\underset{{r}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{r}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{2}}{{n}}\underset{{r}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\right\}−\left\{\frac{{n}^{\mathrm{4}} }{{n}^{\mathrm{5}} }+\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{{n}^{\mathrm{4}} }+\frac{{n}^{\mathrm{2}} }{{n}^{\mathrm{3}} }\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{167}}{\mathrm{60}}+{f}\left({n}\right)−\left\{\frac{\mathrm{1}}{{n}}+\frac{\mathrm{1}}{{n}}+\frac{\mathrm{1}}{{n}}\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{167}}{\mathrm{60}}+\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}{n}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{30}{n}^{\mathrm{4}} }\right)−\frac{\mathrm{3}}{{n}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{167}}{\mathrm{60}}+\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}{n}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{30}{n}^{\mathrm{4}} }−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}{n}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{167}}{\mathrm{60}}+\left(\frac{\mathrm{45}{n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}−\mathrm{90}{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{60}{n}^{\mathrm{4}} }\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{167}}{\mathrm{60}}+\frac{\mathrm{45}{n}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−{n}\right)−\mathrm{2}}{\mathrm{60}{n}^{\mathrm{4}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{167}}{\mathrm{60}}−\left\{\frac{\mathrm{45}{n}^{\mathrm{2}} \left({n}−\mathrm{1}\right)+\mathrm{2}}{\mathrm{60}{n}^{\mathrm{4}} }\right\} \\ $$$${so}\:{T}_{{n}} <\frac{\mathrm{167}}{\mathrm{60}} \\ $$$${value}\:{of}\:{f}\left({n}\right)\:{found}\:{in}\:{S}_{{n}} \\ $$$${f}\left({n}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{30}{n}^{\mathrm{4}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}{n}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}{n}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\:\:=\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{12}{n}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{30}{n}^{\mathrm{4}} }\right) \\ $$