Gourmandise

Bonjour,

Pour $p\in\N$ et $n\in\N^*$, notons $s_{p,n}=1^p+2^p+\cdots+n^p$.

Soit le tableau de nombres munis d'un indice
$$
\begin{array}{c}

1_1 \\

1_1 \quad 1_2 \\

1_1 \quad 3_2 \quad 2_3 \\

1_1 \quad 7_2 \quad 12_3 \quad 6_4 \\

1_1 \quad 15_2 \quad 50_3 \quad 60_4 \quad 24_5

\end{array}
$$
où tout nombre est obtenu comme dans le triangle de Pascal, à la différence près que les deux de la ligne précédente sont multipliés par leur indice avant d'être ajoutés (et avec une convention à peu près claire pour le premier et le dernier nombre d'une ligne). Par exemple, les trois nombres non extrémaux de la cinquième ligne sont obtenus par $1\times1+2\times7$, $2\times7+3\times 12$, $3\times12+4\times6$.
Pour tout $n\in\N^*$, nous avons :
$$
\begin{array}{c}
s_{0,n}=1\binom{n}{1}\\
s_{1,n}=1\binom{n}{1}+1\binom{n}{2}\\
s_{2,n}=1\binom{n}{1}+3\binom{n}{2}+2\binom{n}{3}\\
s_{3,n}=1\binom{n}{1}+7\binom{n}{2}+12\binom{n}{3}+6\binom{n}{4}\\
s_{4,n}=1\binom{n}{1}+15\binom{n}{2}+50\binom{n}{3}+60\binom{n}{4}+24\binom{n}{4}\\
\end{array}
$$

On peut vérifier que ça marche pour les autres $s_{p,n}$.

Réponses

  • Bonjour
    les sommes paramétrées $S(p,n) = 1 + 2^p + 3^p +4^p +\cdots+ n^p$,
    font l'objet de calculs algébriques riches et variés, la méthode habituelle consiste à utiliser les polynômes factoriels, par exemple :

    $S(p; n) = a_1\frac{(n+1)n}{2} + a_2\frac{(n+1)n(n-1)}{3}+a_2\frac{(n+1)n(n-1)(n-2)}{4}+\cdots+ a_p\frac{(n+1)n(n-1)\cdots(n-p+1)}{p},$

    avec $a_1=a_p=1$ et les autres coefficients sont les nombres de Stirling de seconde espèce
    qui apparaissent dans le triangle arithmétique de Stirtling.

    Ta méthode proposée est originale et intelligente, elle fait appel aux entiers d'une même ligne du triangle arithmétique de Pascal et le calcul des coefficients qui pondèrent ces entiers du triangle paraît simple.
    Cela dit on aime bien factoriser dans la mesure du possible ces sommes paramétrées avec ta somme $S(3,n)$ exprimée par ta méthode on y arrive un peu laborieusement soit $$S(3,n) = \frac{n^2(n+1)^2}{4},

    $$ alors que la méthode des polynômes factoriels déjà préfactorisés paraît plus adaptée.
    Cordialement.
  • Je ne sais pas si Magnéthorax l'a oublié ou s'il le fait volontairement mais c'est au moins la troisième fois qu'il nous propose cette formule :

    le 22/07/2016 : Triangle des sommes de puissances

    le 17/08/2018 : Triangle des sommes de puissances

    Il y a une coquille dans le tableau de Magnéthorax, c'est ${n \choose 5}$ pour le dernier terme de la dernière ligne (corrigé grâce à Magnéthorax !).



    Il y a aussi des coquilles dans la formule de jean lismonde : le troisième coefficient est $a_3$ et dans le dernier terme le dénominateur est $p+1$.

    Dans le deuxième lien j'ai donné une démonstration du passage de la formule de jean lismonde à celle de Magnéthorax : démonstration
  • @jandri : merci pour ce rappel, j'avais oublié. Il y a une coquille dans le message de jandri : c'est $\binom{n}{5}$ pour le dernier terme de la ligne ;-)
  • @Magnéthorax : merci pour la rectification de mon message que j'avais pourtant relu !

    J'ai oublié de préciser que j'avais complètement oublié tes deux anciens fils. C'est en cherchant à faire le lien avec la formule de jean lismonde que j'ai cherché dans mes archives et que j'ai trouvé les références.
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