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Hallöchen,

Ich habe folgendes Problem:

Text erkannt:

\( \left(\begin{array}{l}n \\ 1\end{array}\right)+2\left(\begin{array}{l}n \\ 2\end{array}\right)+\ldots+n\left(\begin{array}{l}n \\ n\end{array}\right)=n 2^{n-1}, n \in \mathbb{N} \)

Stochastik Gleichung.png

Diese Gleichung soll ich beweisen. Ich habe schon versucht, die linke Hälfte der Gleichung als Summe darzustellen und per Induktion den Beweis durchzuführen. Danach habe ich versucht rückwärts zu arbeiten und mit dem rechten Term irgendwas zu zeigen. Damit war ich jedoch nicht erfolgreich und stehe nun auf dem Schlauch. Für jegliche Anregungen wäre ich dankbar :)

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Ich habe schon versucht
Danach habe ich versucht

Dann versuche es jetzt mal kombinatorisch.

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Aloha :)

Für \(n,k\ge1\) gilt folgende wichtige Eigenschaft des Binomialkoeffizienten:$$\binom{n}{k}=\frac{n!}{k!\cdot(n-k)!}=\frac{\overbrace{n\cdot(n-1)!}^{=n!}}{\underbrace{k\cdot(k-1)!}_{=k!}\cdot\underbrace{(\,(n\pink{-1})-(k\pink{-1})\,)!}_{=(n-k)!}}=\frac{n}{k}\cdot\binom{n-1}{k-1}$$

Damit kannst du die Summe direkt umformen:

$$S_n=\sum\limits_{k=1}^nk\binom{n}{k}=\sum\limits_{k=1}^nk\cdot\frac nk\binom{n-1}{k-1}=n\sum\limits_{k=1}^n\binom{n-1}{k-1}$$$$\phantom{S_n}=n\sum\limits_{k=1\pink{-1}}^{n\pink{-1}}\binom{n-1}{(k\pink{+1})-1}=n\sum\limits_{k=0}^{n-1}\binom{n-1}{k}=n\cdot2^{n-1}\quad\checkmark$$

Falls dir der letzte Schritt nicht klar ist, erinnere dich an den binomischen Lehrsatz:$$(a+b)^n=\sum\limits_{k=0}^n\binom{n}{k}\cdot a^{n-k}\cdot b^k$$wende ihn mit \((n-1)\) statt \(n\) an:$$(a+b)^{n-1}=\sum\limits_{k=0}^{n-1}\binom{n-1}{k}\cdot a^{n-1-k}\cdot b^k$$und setze schließlich \(a=1\) und \(b=1\) ein:$$(1+1)^{n-1}=\sum\limits_{k=0}^{n-1}\binom{n-1}{k}\cdot 1^{n-1-k}\cdot 1^k\quad\implies\quad 2^{n-1}=\sum\limits_{k=0}^{n-1}\binom{n-1}{k}$$

Avatar von 149 k 🚀

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