Feladat: 554. matematika gyakorlat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Gajári Gyula ,  Kóta Gábor 
Füzet: 1959/december, 170 - 171. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Mértani sorozat, Teljes indukció módszere, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1959/március: 554. matematika gyakorlat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

I. megoldás: A kívánt egyenlőséget megmutathatjuk az SS1 szorzat tagról tagra való kiszámításával. A tagok száma (2n+1)2, mindegyikük ±qk alakú,1 ahol 0k4n. Ha 0k2n, akkor ±qk-t akkor kapunk, ha S-ből qk-t,qk-1-et, ..., q-t, 1-et szorozzuk S1-ből rendre 1-gyel, -q-val, ..., ±qk-1-nel, ±qk-val, az ilyen tagok száma k+1. Az első szorzat előjele plusz, a továbbiaké váltakozva mínusz, ill. plusz; eszerint összegük páros számú tag, vagyis páratlan k esetén 0, páros k esetén qk. Viszont 2nk4n, vagyis 0<k-2n2n esetén akkor kapunk ±qk-t, ha S-ből a qk-2n,qk-2n+1,...,q2n-1,q2n tagot szorozzuk S1-ből rendre a q2n,-q2n-1,...,±qk-2n+1,±qk-2n taggal. Az előjelekre és az összegekre ugyanaz áll, amit a 0 és 2n közti k kitevők esetére megállapítottunk. Ezek szerint az SS1 szorzat q-nak minden páros kitevőjű hatványát +1 együtthatóval tartalmazza 0-tól 4n-ig, páratlan kitevőjű hatványait pedig nem tartalmazza, tehát egyenlő a bizonyítandó egyenlőség bal oldalán álló kifejezéssel.

 

Kóta Gábor (Tatabánya, Árpád g. II. o. t.)

 

II. megoldás: Legyen 1+q2+q4+...+q2n=S' és 1+q2+q4+...+q2n-2=S''. Ekkor egyrészt S'=S''+q2n, másrészt S=S'+qS'', S1=S'-qS'' és így
SS1=S'2-q2S''2=(1-q2)S''2+2q2nS''+q4n.
Már most, mint beszorzással belátható, (1-q2)S''=1-q2n, ennélfogva
SS1=(1-q2n)S''+2q2nS''+q4n=S''+q2nS''+q4n.
Az utolsó alakban q-nak csupa páros kitevőjű hatványai állnak, S''-ben q0=1-től q2n-2-ig (n tag) q2n S''-ben q2n-től q4n-2-ig (n tag) és q4n (összesen 2n+1 tag) éppen mint a bizonyítandó egyenlőség bal oldalán.
 

III. megoldás: A bizonyítást a teljes indukció módszerével is végezhetjük. Az állítás n=0 és n=1 esetén igaz, mert 11=1 és (1+q+q2)(1-q+q2)=1+q2+q4. Feltéve, hogy valamely n=k értékre igaz, megmutatjuk, hogy a következő n=k+1 értékre is helyes. Így S, S1 helyére S'=S+q2k+1+q2k+2, S'1=S1-q2k+1+q2k+2 lép, így
S'S'1=SS1+q2k+1(S1-S)+q2k+2(S+S1)-q4k+2+q4k+4.
Itt
q2k+1(S1-S)=-2q2k+1(q+q3+...+q2k-1)==-2q2k+2-2q2k+4...-2q4k,(ktag)q2k+2(S+S1)=2q2k+2(1+q2+...+q2k)==2q2k+2+2q2k+4+...+2q4k+2,(k+1tag)
tehát SS1-nek a feltevés szerinti kifejezését beírva
S'S'1=SS1+2q4k+2-q4k+2+q4k+4=1+q2+q4+...+q4k+2+q4k+4,
ez pedig valóban a bizonyítandó egyenlőség bal oldala n=k+1-re.
 

Gajári Gyula (Budapest, Eötvös J. g. I. o. t.)

 

Megjegyzés. Számos dolgozat az (ak-bk):(a-b) és az (a2k+1-b2k+1):(a+b) hányados polinomalakjának felhasználásával bizonyította az állítást. Ezeket is elfogadtuk, bár a használt azonosságok lényegében a mértani sor összegképletét adják: a (szokásosan rendezett) polinomalaknak minden az első utáni tagja az előtte állóból b/a-val, ill. -b/a-val való szorzással áll elő; a=1-gyel (és b=q-val) pedig az első azonosság az összegképlet szokásos alakjába megy át.
1Vagy plusz, vagy mínusz jellel qk (nem pedig egyszer plusz és egyszer mínusz jellel).