Question Number 209800 by depressiveshrek last updated on 22/Jul/24
Commented by depressiveshrek last updated on 22/Jul/24
$$\mathrm{Find}\:\mathrm{the}\:\mathrm{sum}\:\mathrm{of}\:\mathrm{this}\:\mathrm{series} \\ $$
Answered by mr W last updated on 22/Jul/24
$$=\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}^{\mathrm{2}} }\left(\frac{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{2}}}{{xy}^{\mathrm{2}} \sqrt[{\mathrm{3}}]{{z}}}\right)^{{n}} \left({n}−\mathrm{1}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left({n}−\mathrm{1}\right){k}^{{n}} \:\:\:{with}\:{k}=\frac{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{2}}}{{xy}^{\mathrm{2}} \sqrt[{\mathrm{3}}]{{z}}} \\ $$$${assume}\:\mid{k}\mid<\mathrm{1},\:{otherwise}\:{it}'{s}\:{not} \\ $$$${convergent}. \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{x}^{{n}−\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{x}} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left({n}−\mathrm{1}\right){x}^{{n}−\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left({n}−\mathrm{1}\right){x}^{{n}} =\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{\mathrm{2}} }=\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$${set}\:{x}={k}: \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left({n}−\mathrm{1}\right){k}^{{n}} =\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{k}}}\right)^{\mathrm{2}} =\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\frac{{xy}^{\mathrm{2}} \sqrt[{\mathrm{3}}]{{z}}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{2}}}}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left({n}−\mathrm{1}\right){k}^{{n}} =\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}−\frac{{xy}^{\mathrm{2}} \sqrt[{\mathrm{3}}]{{z}}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{2}}−{xy}^{\mathrm{2}} \sqrt[{\mathrm{3}}]{{z}}\right)^{\mathrm{2}} }\:\checkmark \\ $$