n∑k=1ak但若我們考慮的數列為類似於 矩陣的陣列 (rectangular array),比如說
a11a12...a1na21a22...a2n⋮am1am2...amn其中元素一般以 aij 表示,1≤i≤m 且 1≤j≤n。此時我們如何用級數表示此陣列之和?
基本想法:
首先我們可以先將 每一個橫列 之和計算出來:
(n∑j=1a1j,n∑j=1a2j,...,n∑j=1amj)其中第 1個橫列之和為 n∑k=1a1k 接著我們把前述這些橫列之和加總
n∑j=1a1j+n∑j=1a2j+...+n∑j=1amj=m∑i=1(n∑j=1aij)當然如果我們把順序調換,先算直行之和在進行加總答案不變 (why?),故我們有
m∑i=1n∑j=1aij=n∑j=1m∑i=1aij
現在我們來看一個簡單的例子:
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Example 1:
(a) 試計算 ∑3i=1∑4j=1(i+aj) 其中 a∈R。
(b) 試驗證 4∑j=13∑i=1(i+aj)=3∑i=14∑j=1(i+aj)
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3∑i=14∑j=1(i+aj)=3∑i=1((i+a1)+(i+a2)+(i+a3)+(i+a4))=3∑i=1(4i+10a)=((4+10a)+(4(2)+10a)+(4(3)+10a))=24+30a◻
Proof:(b)
觀察
4∑j=13∑i=1(i+aj)=4∑j=1((1+aj)+(2+aj)+(3+aj))=4∑j=1(6+3aj)=((6+3a1)+(6+3a(2))+(6+3a(3))+(6+3a(4)))=24+30a=3∑i=14∑j=1(i+aj)◻
下面我們在看個稍微一點點變化的情況,假設今天我們的陣列為所謂三角陣列(triangular array) 如下
a11a21a22a31a32a33⋮⋱am1am2⋯⋯amm 試證明 triangular table 之和可表為
m∑i=1(i∑j=1aij)(∗)或者
m∑j=1(m∑i=jaij)(⋆)Proof:
要證明 (∗),我們首先將 triangular array 每個橫列之和求出如下
(a11,a21+a22,...,am1+am2...+amm)=(1∑j=1a1j,2∑j=1a2j,...,m∑j=1amj)現在令
bi:=i∑j=1aij則所有橫列之和等價為
(1∑j=1a1j,2∑j=1a2j,...,m∑j=1amj)=(b1,b2,...,bm)則我們可知 m∑i=1bi即為 triangular array 之和,故現在觀察
m∑i=1bi=m∑i=1(i∑j=1aij)此即 (∗)。
接著我們證明 (∗∗),同前述證明,首先將 triangular array 每個直行之和求出如下
(m∑i=1ai1,m∑i=2ai2,...,m∑i=maim)現在令
cj:=m∑i=jaij則所有直行之和等價為
m∑j=1cj:=m∑j=1(m∑i=jaij)此即 (∗∗)。 ◻
FACT:
令 aij 為 rectangular array
a11a12...a1na21a22...a2n⋮am1am2...amn第 i row, 第 j column之元素。現在定義
ˉa:=1mnm∑r=1∑s=1ars,ˉaj:=1mm∑r=1arj試證
m∑r=1m∑s=1(arj−ˉa)(asj−ˉa)=m2(ˉaj−ˉa)2
Proof: omitted (easy to check)
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