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通过对f(x)=xⁿ(1+x)ⁿ求n阶导数求解组合和∑ₖ=0ⁿC(n,k)²的值的技术求助

通过对$f(x)=xn(1+x)n$求n阶导数求解组合和$\sum_{k=0}n\binom{n}{k}2$的值的技术求助

大家好,我最近卡在了一个组合数学的问题上,想请各位帮忙指点思路。问题要求是:通过对$f(x) = x^n (1+x)n$求n阶导数,来确定$\sum_{k=0}n\binom{n}{k}^2$的值。

我自己尝试的思路是把$f(x)$用两种方式展开:
第一种就是原式$f(x)=xn(1+x)n$,第二种是先把$(1+x)n$用二项式定理展开,再乘上$xn$:
$$
f(x) = x^n \sum_{k=0}^n \binom{n}{k}x^k = \sum_{k=0}^n \binom{n}{k} x^{n+k}.
$$

接下来我对这两种形式的$f(x)$分别求了n阶导数:
第一种形式用乘积求导的莱布尼茨法则计算后,得到:
$$
f^{(n)}(x) = n! \sum_{k=0}^n \binom{n}{k}^2 x{n-k}(1+x)k
$$

第二种形式直接对多项式逐项求n阶导数后,得到:
$$
f^{(n)}(x) = \sum_{k=0}^n \binom{n}{k} \frac{(n+k)!}{k!} x^k.
$$

然后我代入$x=1$让两个表达式相等,整理后得到:
$$
n! \sum_{k=0}^n \binom{n}{k}^2 = \sum_{k=0}^n \binom{n}{k} \frac{(n+k)!}{k!}
$$
进一步变形为:
$$
\sum_{k=0}^n \binom{n}{k}^2 = \sum_{k=0}^n \binom{n}{k} \binom{n+k}{n}.
$$

到这里我就卡壳了,完全不知道该怎么计算右边这个求和式。有没有朋友能帮我看看接下来该怎么推进,或者是不是我之前的步骤哪里有疏漏呀?

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Sewshley

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最近更新时间:2026.04.20 09:15:28