Question Number 8558 by Sopheak last updated on 16/Oct/16
Commented by FilupSmith last updated on 16/Oct/16
$${S}_{{n}} =\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{k}^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}=\frac{{A}}{\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}}+\frac{{B}}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{1}={A}\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)+{B}\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right) \\ $$$$\mathrm{2}{kA}+{A}+\mathrm{2}{kB}−{B}=\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{2}{k}\left({A}+{B}\right)+{A}−{B}=\mathrm{1} \\ $$$${A}+{B}=\mathrm{0} \\ $$$${A}−{B}=\mathrm{1} \\ $$$${A}=−{B} \\ $$$$−\mathrm{2}{B}=\mathrm{1}\:\:\:\Rightarrow\:\:\:{B}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\therefore{A}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\: \\ $$$$\therefore\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\therefore\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{k}^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{k}^{\mathrm{4}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}\right) \\ $$$$\mathrm{2}{S}_{{n}} =\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{k}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}}+\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{k}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}} \\ $$$${continue} \\ $$
Commented by FilupSmith last updated on 16/Oct/16
$$\mathrm{For}\:\mathrm{reference},\:\mathrm{according}\:\mathrm{to}\:\mathrm{wolframAlpha}: \\ $$$${S}_{{n}} =\frac{{n}^{\mathrm{4}} +\mathrm{2}{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{2}{n}^{\mathrm{2}} +{n}}{\mathrm{12}{n}+\mathrm{6}} \\ $$
Commented by prakash jain last updated on 16/Oct/16
$$\frac{{k}^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\left[\frac{\mathrm{16}{k}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}+\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}\right] \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\left[\frac{\left(\mathrm{4}{k}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{4}{k}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}\right] \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\left[\mathrm{4}{k}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}}\right)\right] \\ $$$$\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{k}^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\mathrm{4}{k}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\mathrm{1} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:+\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}..+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{2}{n}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{32}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}}\right)=\frac{{n}}{\mathrm{16}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\mathrm{4}{k}^{\mathrm{2}} =\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{24}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\mathrm{1}=\frac{{n}}{\mathrm{16}} \\ $$$$\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{k}^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)}=\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{24}}+\frac{{n}}{\mathrm{16}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\left(\frac{{n}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}{n}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)+\mathrm{3}{n}}{\mathrm{48}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$ \\ $$$$=\frac{\left(\mathrm{2}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{n}\right)\left(\mathrm{4}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{n}+\mathrm{1}\right)+\left(\mathrm{6}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}{n}\right)+\mathrm{3}{n}}{\mathrm{48}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{8}{n}^{\mathrm{4}} +\mathrm{8}{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{8}{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{8}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{n}+\mathrm{6}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}{n}+\mathrm{3}{n}}{\mathrm{48}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{8}{n}^{\mathrm{4}} +\mathrm{16}{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{16}{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{8}{n}}{\mathrm{48}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)}=\frac{{n}^{\mathrm{4}} +\mathrm{2}{n}^{\mathrm{3}} +\mathrm{2}{n}^{\mathrm{2}} +{n}}{\mathrm{6}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)} \\ $$
Answered by prakash jain last updated on 16/Oct/16
$${answer}\:{in}\:{comments} \\ $$