Since 0<1<2<3<⋯<n−1<n we have 01k<11k<21k<31k<⋯<(n−1)1k<n1k
Therefore ∫n1k0[xk+n]dx=n−1∑i=0∫(i+1)1ki1k[xk+n]dx
Now for a fixed i in the range, consider the integral ∫(i+1)1ki1k[xk+n]dx
i1k<x<(i+1)1k⟹i<xk<i+1⟹xk=i+ϵwhere0<ϵ<1
therefore[xk+n]=[i+ϵ+n]=[i+n+ϵ]=i+n
therefore∫(i+1)1ki1k[xk+n]dx=∫(i+1)1ki1k(i+n)dx=(i+n)((i+1)1k−i1k)
Thus∫n1k0[xk+n]dx=n−1∑i=0∫(i+1)1ki1k[xk+n]dx=n−1∑i=0(i+n)((i+1)1k−i1k)
=(n+0)(11k−01k)+(n+1)(21k−11k)+⋯+(n+n−2)((n−1)1k−(n−2)1k)+(n+n−1)(n1k−(n−1)1k)
=n(11k−01k+21k−11k+⋯+(n−1)1k−(n−2)1k+n1k−(n−1)1k) +1(21k−11k)+2(31k−21k)⋯+(n−2)((n−1)1k−(n−2)1k)+(n−1)(n1k−(n−1)1k)
=n×n1k+21k−11k+2×31k−2×21k+⋯+(n−2)(n−1)1k−(n−2)(n−2)1k+(n−1)n1k−(n−1)(n−1)1k
=n1+kk−11k−21k−⋯−(n−1)1k+(n−1)n1k
=n1+kk−11k−21k−⋯−(n−1)1k−n1k+n×n1k
=n1+kk−11k−21k−⋯−(n−1)1k−n1k+n1+kk
=2n1+kk−11k−21k−⋯−(n−1)1k−n1k
=2n1+kk−∑ni=1i1k
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