eの変身                                   戻る

 当HPがいつもお世話になっているHN「GAI」さんからの出題です。
                                      (平成25年8月30日付け)

 Σn=0〜∞ 1/n!=1+1/1!+1/2!+1/3!+1/4!+・・・・=e は、

 e=0/0!+1/1!+2/2!+3/3!+4/4!+5/5!+‥‥=Σn=0〜∞ n/n!=Σn=1〜∞ n/n!

と書き換えられる。そこで

 A=Σn=1〜∞ n2/n! 、B=Σn=1〜∞ n3/n! 、C=Σn=1〜∞ n4/n! 、D=Σn=1〜∞ n5/n! 、

 E=Σn=1〜∞ n6/n!

の値は何になるでしょう?





























(答) らすかるさんが考察されました。(平成25年8月30日付け)

A=Σn=1〜∞ n2/n!=Σn=1〜∞ n/(n-1)!=Σn=0〜∞ (n+1)/n!=Σn=0〜∞ n/n!+Σn=0〜∞ 1/n!=2e

B=Σn=1〜∞ n3/n!=Σn=1〜∞ n2/(n-1)!=Σn=0〜∞ (n+1)2/n!
n=0〜∞ n2/n!+2Σn=0〜∞ n/n!+Σn=0〜∞ 1/n!=2e+2e+e=5e

C=Σn=1〜∞ n4/n!=Σn=1〜∞ n3/(n-1)!=Σn=0〜∞ (n+1)3/n!
n=0〜∞ n3/n!+3Σn=0〜∞ n2/n!+3Σn=0〜∞ n/n!+Σn=0〜∞ 1/n!=5e+6e+3e+e=15e

D=Σn=1〜∞ n5/n!=Σn=1〜∞ n4/(n-1)!=Σn=0〜∞ (n+1)4/n!
n=0〜∞ n4/n!+4Σn=0〜∞ n3/n!+6Σn=0〜∞ n2/n!+4Σn=0〜∞ n/n!+Σn=0〜∞ 1/n!
=15e+20e+12e+4e+e=52e

E=Σn=1〜∞ n6/n!=Σn=1〜∞ n5/(n-1)!=Σn=0〜∞ (n+1)5/n!
n=0〜∞ n5/n!+5Σn=0〜∞ n4/n!+10Σn=0〜∞ n3/n!+10Σn=0〜∞ n2/n!+5Σn=0〜∞ n/n!+Σn=0〜∞ 1/n!
=52e+75e+50e+20e+5e+e=203e


 S(H)さんが、さらに計算され、まとめられました。(平成25年8月30日付け)

 e、2e、5e、15e、52e、203e、877e、4140e、21147e、115975e、678570e、4213597e、

 27644437e、190899322e、1382958545e、10480142147e、82864869804e、682076806159e、

 5832742205057e、51724158235372e、・・・ → 参考


 at さんからのコメントです。(平成25年9月1日付け)

 上記の話題は、Dobinski's formula と呼ばれているものと関係があるようです。

 nを正整数、S(n,k) を第二種スターリング数とします。

 x の多項式 Σk=1〜n S(n,k)・x について、等式

   Σk=1〜n S(n,k)・x = e-x・Σk=1〜∞n/k!・xk

が成り立つそうです。(→ 参考:「ベル数」)

 この式を使って、例えば、 E=Σn=1〜∞ n6/n! を計算すると、x=1 として、

 E=Σn=1〜∞ n6/n!=Σk=1〜∞6/k!= e・Σk=1〜6 S(6,k)=B(6)e

 漸化式 S1=1、Sn=1、S=n-1Sk-1+k・n-1S (k=2、3、・・・、n-1)を用いて、

第2種スターリング数 の表は下表のようになる。ここで、ベル数 B(n)=S1+S2+ ・・・+Sn

  B(n)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・  
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・  
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・  
・・・・・・・・・・・・・・・・・・   15
15 25 10 ・・・・・・・・・・・   52
31 90 65 15 ・・・・・   203

 上の表から、B(6)=203 なので、 E=Σn=1〜∞ n6/n!=203e となる。


(コメント) at さんの手法でいけば、

    A=Σn=1〜∞ n2/n!=B(2)e=2e 、B=Σn=1〜∞ n3/n!=B(3)e=5e 、

    C=Σn=1〜∞ n4/n!=B(4)e=15e 、D=Σn=1〜∞ n5/n!=B(5)e=52e

と直ぐ書けるんですね!at さんに感謝します。