基于函数根的关系:求指定多项式根相关求和式的值
求解多项式根的平方倒数和 $\sum_{k=1}^n \frac{1}{(1-r_k)^2}$
你找的核心思路完全正确!利用对数导数的性质转化求和式是这类问题的标准解法,接下来咱们一步步补全剩余推导:
已知条件回顾
给定多项式 $f(x)=x^n - 2x + 2$($n\ge3$),$r_k$ 是其所有根,目标求和式为:
$$S=\sum_{k=1}^n \frac{1}{(1-r_k)^2}$$
你已经推导得到关键关系式:
$$\frac{d}{dx}\left( \frac{f'(x)}{f(x)} \right) = -\sum_{k=1}^n \frac{1}{(x-r_k)^2}$$
变形后可得:
$$\sum_{k=1}^n \frac{1}{(x-r_k)^2} = \frac{(f'(x))^2 - f''(x)f(x)}{[f(x)]^2}$$
计算各阶导数及代入值
首先计算多项式的一阶、二阶导数:
- 一阶导数:$f'(x) = n x^{n-1} - 2$
- 二阶导数:$f''(x) = n(n-1)x^{n-2}$
接下来代入 $x=1$(因为我们需要的是 $(1-r_k)$ 对应的项),计算各函数值:
- $f(1) = 1^n - 2\times1 + 2 = 1$
- $f'(1) = n\times1^{n-1} - 2 = n - 2$
- $f''(1) = n(n-1)\times1^{n-2} = n(n-1)$
代入求和式计算
将上述值代入变形后的求和式:
分子部分:
$$(f'(1))^2 - f''(1)f(1) = (n-2)^2 - n(n-1)\times1$$
展开并化简:
$$(n^2 - 4n + 4) - (n^2 - n) = -3n + 4$$分母部分:
$$[f(1)]^2 = 1^2 = 1$$
因此最终结果为:
$$S = \frac{-3n + 4}{1} = 4 - 3n$$
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Zacky
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