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Aufgabe:

Hab jetzt schon länger versucht eine Doppelsumme zu vereinfachen ohne Erfolg. Wäre euch dankbar wenn ihr mir helft diese Doppelsumme zu vereinfachen bzw. die Summenzeichen los zu werden.:)


Problem/Ansatz:

Die Doppelsumme hat die Form:

$$\sum \limits_{k=0}^{\infty}\sum \limits_{n=0}^{\infty}2^{k}*q^{2^{k}*(2n+1)}; q \lt |1|$$

Und ich bin auf diese gestoßen als ich mithilfe einer Generations Funktion, eine geschlossene Form, für eine Folge versucht habe zu finden.

Demnach hat die Generations Funktion die Form $$A(q) = \sum \limits_{n=0}^{\infty}a_{n} * q^{n} = \sum \limits_{k=0}^{\infty}\sum \limits_{n=0}^{\infty}2^{k}*q^{2^{k}*(2n+1)}; q \lt |1| $$  oder die ersten paar Terme:

$$A(q) = 0 + 1*q^{1}+2*q^{2}+1*q^{3}+4*q^{4}+1*q^{5}+2*q^{6}$$

$$+1*q^{7}+8*q^{8}+1*q^{9}+2*q^{10}+1*q^{11}$$

$$+4*q^{12}+1*q^{13}+2*q^{14}+1*q^{15}... =$$

$$1*(q^{1}+q^{3}+q^{5}+q^{7}+q^{9}...)+$$

$$2*(q^{2}+q^{6}+q^{10}+q^{14}+q^{18}...)$$

$$+4*(q^{4}+q^{12}+q^{20}+q^{28}+q^{36}+q^{44}...)...$$

q ist dabei kleiner als Eins damit man dies vielleicht mit der Konvergenz Formel, der geometrischen Reihe vereinfachen kann.

Deshalb die Frage ob jemand mir helfen kann diese Doppelsumme zu vereinfachen damit ich vielleicht eine geschlossene Form finden kann und eine simplere Darstellung für an.

Avatar von

Konnte dank abakus nun die doppelsumme zu einer einfachen machen, also:
$$ A(q) = \sum \limits_{k=0}^{\infty}2^{k}*q^{2^{k}} * \frac{1}{1-q^{2^{k}+1}}$$.
Falls jemand dies weiter auflösen kann wär ich sehr dankbar. Bisher kam ich, da einfach nicht weiter. Vielleicht geht es durch eine Partialbruchzerlegung aber da kenn ich mich noch nicht gut genug aus momentan.

Es musste richtig heißen:$$A(q)=\sum\limits_{k=0}^\infty2^k\cdot q^{2^k}\cdot\frac{1}{1-q^{2^{\pink{k+1}}}}$$Das weiter umzuformen sehe ich leider nicht direkt und müsste etwas darüber nachdenken...

Achso stimmt da habe ich mich hier vertippt du hast Recht. Kann man dies denn irgendwie dennoch vereinfachen. Hatte erstmal an Partialbruchzerlegung gedacht. Werd das Mal ausprobieren.

Ja, das wäre auch eine meiner Ideen:$$\small\frac{1}{1-q^{2^{k+1}}}=\frac{1}{1-q^{2^k\cdot2}}=\frac{1}{\left(1-q^{2^k}\right)\left(1+q^{2^k}\right)}=\frac{1}{2\left(1+q^{2^k}\right)}+\frac{1}{2\left(1-q^{2^k}\right)}$$

Oder in \(2^k\cdot q^{2^k}\) ist der Faktor \(2^k\) gleich dem Exponenten. Da kann man vielleicht was mit der Ableitung machen:$$2^k\cdot q^{2^k}=q\cdot2^k\cdot q^{2^k-1}=q\cdot\frac{d}{dq}\left(q^{2^k}\right)$$

Ich habe leider aktuell kaum Zeit. Vielleicht komme ich heute Abend dazu, etwas mehr auf dem Problem rumzudenken.

1 Antwort

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Deine drittletzte Zeile lässt sich schreiben als

q(1+q^2+q^4+q^6...).

Deine vorletzte Zeile ist

2q^2(1+q^4+q^8...).

Deine zuletzt geschriebene Zeile ist

4q^4(1+q^8+q^16+q^24...)

Avatar von 55 k 🚀

Ja da war ich auch schon nur macht mir der Exponent des q zu schaffen, da dort k und n multipliziert werden und ich es dadurch nicht schaffe, die Variablen zu isolieren und die Doppelsumme aufzulösen.

Bilde doch erst einmal die Summen in den Klammern (geom. Reihen!).

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