Naar de hoofdinhoud

Sectie 1.7 Symbolische sommaties

De Griekse hoofdletter “sigma” (\(\sum\)) wordt gebruikt om sommen kort en overzichtelijk te noteren. Bijvoorbeeld:
\begin{align*} \amp \sum_{i=1}^{10} i = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 +10\\ \amp \sum_{i=2}^6 i^2 = 2^2 + 3^2 + 4^2 + 5^2 + 6^2 \\ \amp \sum_{i=1}^{38} [41+7(i-1)] = 41+48+\ldots+293+300 \end{align*}
Algemeen:
\begin{equation*} \sum_{i=1}^n a_i \end{equation*}
\(\sum\) noemen we het sommatieteken en \(i\) de sommatie-index. De index neemt alle waarden tussen de eerste en de laatste indexwaarde aan en de bijhorende termen \(a_i\) worden allemaal opgeteld.
De index \(i\) is een dummy index. Er geldt dus dat
\begin{equation*} \sum_{i=1}^{10} i = \sum_{n=1}^{10} n = \sum_{a=1}^{10} a \end{equation*}

Rekenen met symbolische sommaties.

Hieronder staan enkele eigenschappen over het rekenen met symbolische sommaties. Ze zijn eenvoudig te bewijzen door de sommaties expliciet uit te schrijven.
\begin{align*} \amp \sum_{i=1}^n a_i \pm \sum_{i=1}^n b_i = \sum_{i=1}^n (a_i \pm b_i)\\ \amp \sum_{i=1}^n a_i = \sum_{i=1}^m a_i + \sum_{i=m+1}^n a_i \qquad (m \lt n)\\ \amp \sum_{i=1}^n c a_i = c \sum_{i=1}^n a_i \qquad (c \in \mathbb{R})\\ \amp \sum_{i=1}^n c = n c \qquad (c \in \mathbb{R}) \end{align*}
Een handig trucje bij het rekenen met symbolische sommaties is het aanpassen van de index. Bijvoorbeeld
\begin{equation*} \sum_{i=1}^{20} a_i = \sum_{i=0}^{19} a_{i+1} = \sum_{i=2}^{21} a_{i-1} \end{equation*}

Voorbeeld 1.7.1.

We hernemen even het bewijs voor de eerste \(n\) termen van een meetkundige rij met reden \(q\text{.}\) Door gebruik te maken van het sommatieteken kan dit veel korter en overzichtelijker opgeschreven worden. We willen \(s_n=\sum_{i=1}^n u_1 q^{i-1}\) bepalen. Er geldt dat
\begin{align*} s_n - q s_n \amp = \sum_{i=1}^n u_1 q^{i-1} - q \sum_{i=1}^n u_1 q^{i-1}\\ \amp = \sum_{i=0}^{n-1} u_1 q^i - \sum_{i=1}^n u_1 q^i\\ \amp = u_1 + \sum_{i=1}^{n-1} u_1 q^i - \sum_{i=1}^{n-1} (u_1 q^i) - u_1 q^n\\ \amp = u_1 - u_1 q^n\\ \Rightarrow s_n \amp = u_1 \frac{1-q^n}{1-q} \end{align*}