Finite Calculus: A Tutorial - Purdue University
using the infinite calculus but have trouble determining the much more simple area under the stepped line In short, that is the goal of this tutorial – to derive a finite (or discrete) analogue of infinite calculus so the finite sum X2 x=1 x2 is no more difficult to solve than the “infinite” sum Z 2 1 x2 dx
C1 : Dérivation
Dérivation (C1) b Théorème de Rolle Théorème : Si f est continue sur [a,b], dérivable sur ]a,b[, et si f (a) ˘ f (b), alors il existe c dans ]a,b[ tel que f 0(c) ˘0 Ce théorème important n’est valable que pour des fonctions à valeurs réelles
Properties of the Trace and Matrix Derivatives
we have an original eigenvector v of A, then a simple inductive argument shows that there is an orthonormal set of eigenvectors To see that there is at least one eigenvector, consider the characteristic polynomial of A: X(A) = det(A−λI) The field is algebraicly closed, so there is at least one complex root r, so we have that A − rI is
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solutions par le calcul ∆ = b 2 – 4ac Si ∆ > 0, deux solutions x 1 = a b 2 −+∆ et x 2 = a b 2 −−∆ 2 points coupent l’axe des abscisses sur le graphique Les points –3 et 1, nous les feront apparaître dans le tableau de variation Ces points sont des extrêma puisque la dérivée s ‘annule et change de signe
La dérivée d’une fonction 3 - Collège de Maisonneuve
conçut le calcul infinitésimal permettant du même coup d'étudier le mouvement de toutes choses Le procédé de Newton consistait à combiner les possibilités du découpage en tranches infinitésimales des Grecs et celle de la représentation graphique de Descartes pour forger un outil puissant et très simple Ce procédé
C2 : Dérivation - Free
Dérivation (C2) b Théorème de Rolle Théorème : Si f est continue sur [a,b], dérivable sur ]a,b[, et si f (a) ˘ f (b), alors il existe c dans ]a,b[ tel que f 0(c) ˘0 Ce théorème important n’est valable que pour des fonctions à valeurs réelles
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Math 142 Taylor/Maclaurin Polynomials and Series Prof Girardi Fix an interval I in the real line (e g , I might be ( 17;19)) and let x 0 be a point in I, i e , x 0 2I : Next consider a function, whose domain is I,
CALCULS DE PRIMITIVES ET D INTÉGRALES
proprement la notion d’intégrale et nous démontrerons le théorème fondamental du calcul intégral sur lequel ce chapitre repose au chapitre « Intégration sur un segment » en fin d’année Dans tout ce chapitre, Kest l’un des ensembles Rou Cet I et J sont des intervalles 1 NOTION DE PRIMITIVE ET PREMIÈRES TECHNIQUES DE CALCUL
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RAPPORT SUR L’EPREUVE ECRITE 2018 DE MODELISATION DE LA
Q21) Très )bien traitée Quelques candidats ne semblent pas connaître la formule cos)(++sin+)=1 Q22) Souvent abordée, les calculs sont traités par composantes alors que l’énoncé avait mis en place la possibilité d’utiliser les propriétés des déterminants Pour la moitié des candidats, le calcul démarre avec une erreur d’un
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Finite Calculus:
A Tutorial for Solving Nasty Sums
David Gleich
January 17, 2005
Abstract
In this tutorial, I will first explain the need for finite calculus using an example sum I think is difficult to solve. Next, I will show where this sum actually occurs and why it is important. Following that, I will present all the mathematics behind finite calculus and a series of theorems to make it helpful before concludingwith a set of examples to show that it really is useful.Contents
1 How to Evaluate?nx=1x2?2
2 The Computational Cost of Gaussian Elimination 3
3 The Finite Calculus4
3.1 Discrete Derivative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
3.2 The Indefinite Sum and the Discrete Anti-Derivative . . . .. . . . . . . 7
3.3 Helpful Finite Calculus Theorems . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 8
4 Making Finite Calculus Useful:
Stirling and His Numbers10
4.1 Stirling Numbers (of the Second Kind) . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 12
4.2 Proving the Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.3 Computing Stirling Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
5 Examples Galore...16
5.1?nx=1x2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5.2 A Double Sum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5.3 Average Codeword Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
6 Conclusion18
11 How to Evaluate?nx=1x2?
One of the problems we"ll
1learn to address during this tutorial is how to mechanically
(i.e. without much thinking) compute the closed form value of the sum n x=1x 2.(1) While many students may already know the closed form answer to this particular question, our quest for the answer will lead us to techniquesto easily evaluate nasty sums such asn?x=1m y=1(x+y)2(2) and n? x=0x2x.(3)Since we"ll be using
?nx=1x2as a motivating example, we"ll first familiarize our- selves with the first few values of this function. n1 2 3 4 5 6?nx=1x21 5 14 30 55 91
Now, we"ll try a few techniques to evaluate this sum before honing in on the correct answer. The astute student reading this tutorial may have surmised that we"ll make some connection with calculus at some point. Hence, let"s see what happens if we just "pretend" that this was an integral from calculus instead. Switching the?to a?2 sign gives n? x=1x 2?=? n 1 x2dx. Using calculus, we can immediately solve the integral formulation. n x=1x 2?=n3 3-13,Sadly, tryingn= 2 shows us that this is wrong.
2 x=1x 2?=233-13=73?= 5.
Graphically, we can see what went wrong in this derivation.1Since I like to keep things informal, if I say we in the text, I really mean you and I.
2Interesting trivia: The integral symbol was actually a longletter S for "summa" [3]. So such a substi-
tution makes sense at least alphabetically. 2 0 1 2 1234We want the area underneath the stepped line, not the area underneath the smooth curve. It is ironic that we can easily determine the area underneaththe smooth curve using the infinite calculus but have trouble determining themuch more simple area under the stepped line. In short, that is the goal of this tutorial - to derive a finite (or discrete) analogue of infinite calculus so the finite sum 2 x=1x 2 is no more difficult to solve than the "infinite" sum 2 1 x2dx. Besides finite calculus, another way to compute the value of ?nx=1x2is to look it up in a book, or try and guess the answer. Searching through CRC Standard Mathematical