Question Number 45932 by Tawa1 last updated on 18/Oct/18
$$\mathrm{Show}\:\mathrm{that}:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}.\mathrm{2}^{\mathrm{2}} \:+\:\mathrm{2}.\mathrm{3}^{\mathrm{2}} \:+\:…\:+\:\mathrm{n}\left(\mathrm{n}\:+\:\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}^{\mathrm{2}} .\mathrm{2}\:+\:\mathrm{2}^{\mathrm{2}} .\mathrm{3}\:+\:…\:+\:\mathrm{n}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{n}\:+\:\mathrm{1}\right)}\:\:=\:\:\frac{\mathrm{3n}\:+\:\mathrm{5}}{\mathrm{3n}\:+\:\mathrm{1}} \\ $$
Commented by math khazana by abdo last updated on 19/Oct/18
$${S}_{{n}} =\frac{\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}\left({k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}^{\mathrm{2}} \left({k}+\mathrm{1}\right)}\:=\frac{\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}\left({k}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}{\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}^{\mathrm{3}} \:+\sum_{{k}} ^{{n}} {k}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$ \\ $$$$=\frac{\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}^{\mathrm{3}} \:+\mathrm{2}\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}^{\mathrm{2}} \:+\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}}{\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}^{\mathrm{3}} +\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {k}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\frac{{n}^{\mathrm{2}} \left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}+\mathrm{2}\:\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{6}}+\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}}}{\frac{{n}^{\mathrm{2}} \left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}+\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{6}}} \\ $$$$=\frac{\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)\:+\mathrm{1}}{\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{3}{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)+\mathrm{4}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)+\mathrm{6}}{\mathrm{3}{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)+\mathrm{4}{n}+\mathrm{2}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{3}{n}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{3}{n}+\mathrm{8}{n}+\mathrm{4}+\mathrm{6}}{\mathrm{3}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}{n}+\mathrm{4}{n}+\mathrm{2}}\:=\frac{\mathrm{3}{n}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{11}{n}+\mathrm{10}}{\mathrm{3}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{7}{n}\:+\mathrm{2}} \\ $$$${roots}\:{of}\:\mathrm{3}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{7}{n}+\mathrm{2} \\ $$$$\Delta=\mathrm{49}−\mathrm{4}.\mathrm{3}.\mathrm{2}=\mathrm{49}−\mathrm{24}=\mathrm{25}\Rightarrow{n}_{\mathrm{1}} =\frac{−\mathrm{7}+\mathrm{5}}{\mathrm{6}}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}} \\ $$$${n}_{\mathrm{2}} =\frac{−\mathrm{7}−\mathrm{5}}{\mathrm{6}}\:=−\mathrm{2} \\ $$$${roots}\:{of}\:\mathrm{3}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{11}{n}+\mathrm{10}\rightarrow\Delta=\mathrm{121}−\mathrm{4}.\mathrm{3}.\mathrm{10} \\ $$$$=\mathrm{121}−\mathrm{120}=\mathrm{1}\:\Rightarrow{n}_{\mathrm{3}} =\frac{−\mathrm{11}+\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\:=−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}} \\ $$$${n}_{\mathrm{3}} =\frac{−\mathrm{11}−\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\:=−\mathrm{2}\:\Rightarrow \\ $$$${S}_{{n}} =\frac{\mathrm{3}\left({n}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}{\mathrm{3}\left({n}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}\:=\frac{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{5}}\:\:{and}\:{there}\:{is}\:{a}\:{error} \\ $$$${at}\:{the}\:{Q}. \\ $$
Commented by math khazana by abdo last updated on 19/Oct/18
$${error}\:{at}\:{the}\:{final}\:{line}\:{S}_{{n}} =\frac{\mathrm{3}\left({n}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}{\mathrm{3}\left({n}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{3}{n}+\mathrm{5}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}\:{and}\:{ther}\:{is}\:{no}\:{error}\:{at}\:{the}\:{Q}… \\ $$
Commented by Tawa1 last updated on 19/Oct/18
$$\mathrm{God}\:\mathrm{bless}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir} \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 19/Oct/18
$${you}\:{are}\:{welcome}\:{sir} \\ $$
Answered by math1967 last updated on 19/Oct/18
$${S}_{{n}} =\mathrm{1}.\mathrm{2}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}.\mathrm{3}^{\mathrm{2}} +…..+{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$={t}_{\mathrm{1}} +{t}_{\mathrm{2}\:} …….+{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{2}{n}^{\mathrm{2}} +{n} \\ $$$$\therefore{t}_{\mathrm{1}\:\:} +{t}_{\mathrm{2}} +……{t}_{{n}} =\left(\mathrm{1}^{\mathrm{3}} +\mathrm{2}^{\mathrm{3}} +…{n}^{\mathrm{3}} \right)+\mathrm{2}\left(\mathrm{1}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}^{\mathrm{2}} +..+{n}^{\mathrm{2}} \right)+ \\ $$$$\left(\mathrm{1}+\mathrm{2}+..{n}\right) \\ $$$$\therefore{S}_{{n}\:\:\:} =\frac{{n}^{\mathrm{2}} \left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}\:+\mathrm{2}\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{6}}+\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}} \\ $$$$=\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{3}{n}+\mathrm{5}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}{\mathrm{12}} \\ $$$${Again}\:\mathrm{1}^{\mathrm{2}} .\mathrm{2}+\mathrm{2}^{\mathrm{2}} .\mathrm{3}+…{n}^{\mathrm{2}} \left({n}+\mathrm{1}\right) \\ $$$$\therefore{t}_{{n}} ={n}^{\mathrm{3}} +{n}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\therefore{S}_{{n}} =\left(\mathrm{1}^{\mathrm{3}} +\mathrm{2}^{\mathrm{3}} +….+{n}^{\mathrm{3}} \right)\:+\left(\mathrm{1}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}^{\mathrm{2}} +..+{n}^{\mathrm{2}} \right) \\ $$$$=\frac{{n}^{\mathrm{2}} \left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}+\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{6}}\: \\ $$$$=\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{12}} \\ $$$$\therefore\frac{\mathrm{1}.\mathrm{2}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}.\mathrm{3}^{\mathrm{2}} +….{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}^{\mathrm{2}} .\mathrm{2}+\mathrm{2}^{\mathrm{2}} .\mathrm{3}+…..{n}^{\mathrm{2}} \left({n}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{3}{n}+\mathrm{5}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}{\mathrm{12}}×\frac{\mathrm{12}}{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{3}{n}+\mathrm{5}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}\:\:\left({proved}\right) \\ $$
Commented by Tawa1 last updated on 19/Oct/18
$$\mathrm{God}\:\mathrm{bless}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir} \\ $$