この記事では, ファウルハーバーの公式という, m乗和の明示式について, 軽く証明を書こうと思います.
ベルヌーイ数Bnを xex−1=∑n=0∞Bnn!xn で定めます.
∑k=1nkm=∑k=1n(ddx)mekx|x=0=(ddx)me(n+1)x−exex−1|x=0=(ddx)m xexex−1⋅enx−1x|x=0
ここで,
(ddx)kxexex−1|x=0=(ddx)k−xe−x−1|x=0=(−1)kBk(ddx)kenx−1x|x=0=(ddx)k∑j=1∞njj!xj−1|x=0=nk+1k+1
と, 積の微分公式 (ddx)mf(x)g(x)=∑k=0m(mk)f(k)(x)g(m−k)(x) より,∑k=1nkm=(ddx)m xexex−1⋅enx−1x|x=0=∑k=0m(mk)(−1)m−kBm−knk+1k+1=1m+1∑k=0m(m+1k+1)(−1)m−kBm−knk+1=1m+1∑k=0m(m+1k)(−1)kBknm−k+1
示すことができました.
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