Question Number 214860 by hardmath last updated on 21/Dec/24

$$\mathrm{Find}: \\ $$$$\mathrm{1}+\:\:\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}\:\:+\:\:\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}\:\:+\:\:…\:\:+\:\:\frac{\mathrm{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{n}!}\:\:=\:\:? \\ $$
Commented by mr W last updated on 22/Dec/24

$${do}\:{you}\:{want} \\ $$$$\mathrm{1}+\:\:\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}!}\:\:+\:\:\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}\:\:+\:\:…\:\:+\:\:\frac{\mathrm{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{n}!}\:+…\:=\:\:? \\ $$$${or}\:{really} \\ $$$$\mathrm{1}+\:\:\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}!}\:\:+\:\:\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}\:\:+\:\:…\:\:+\:\:\frac{\mathrm{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{n}!}\:=\:\:? \\ $$$${if}\:{you}\:{meant}\:{the}\:{first},\:{then} \\ $$$$\mathrm{1}+\:\:\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}!}\:\:+\:\:\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}\:\:+\:\:…\:\:+\:\:\frac{\mathrm{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{n}!}\:+…\:=\:\mathrm{5}{e} \\ $$
Answered by MrGaster last updated on 22/Dec/24

$$\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{k}^{\mathrm{3}} }{{k}!} \\ $$$$=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{k}\centerdot{k}^{\mathrm{2}} }{{k}\centerdot\left({k}−\mathrm{1}\right)!} \\ $$$$=\underset{{k}−\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{{k}^{\mathrm{2}} }{\left({k}−\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{{k}−\mathrm{1}+\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}\centerdot{k}\right) \\ $$$$=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{\left({k}−\mathrm{1}\right)\centerdot{k}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}+\frac{{k}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}\right) \\ $$$$=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{{k}}{\left({k}−\mathrm{2}\right)!}+\frac{{k}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}\right) \\ $$$$=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{{k}−\mathrm{2}+\mathrm{2}}{\left({k}−\mathrm{2}\right)!}+\frac{{k}−\mathrm{1}+\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}\right) \\ $$$$=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{{k}−\mathrm{2}}{\left({k}−\mathrm{2}\right)}+\frac{\mathrm{2}}{\left({k}−\mathrm{2}\right)}+\frac{{k}−\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}+\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}\right) \\ $$$$=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{3}\right)}+\frac{\mathrm{3}}{\left({k}−\mathrm{2}\right)!}+\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}\right) \\ $$$$\mathrm{Use}\:\mathrm{the}\:\mathrm{index}\:\mathrm{carefully}\:\mathrm{now}\:\mathrm{because}\:\mathrm{thea} \\ $$$$\mathrm{fctorial}\:\mathrm{in}\:\mathrm{the}\:\mathrm{denominator}\:\mathrm{cannot}\:\mathrm{bea} \\ $$$$\mathrm{negtive}.\:\mathrm{Therefore}\:\mathrm{for}\:\mathrm{items}\:\mathrm{whosei} \\ $$$$\mathrm{factoral}\:\mathrm{is}\:\mathrm{undefined}\:\mathrm{the}\:\mathrm{sum}\:\mathrm{should}\:\mathrm{bed} \\ $$$$\mathrm{ajusted}: \\ $$$$=\underset{\mathrm{undefined}\:\mathrm{terms}\:\mathrm{removed}} {\underbrace{\frac{\mathrm{1}}{\left(−\mathrm{2}\right)!}+\frac{\mathrm{3}}{\left(−\mathrm{1}\right)!}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{0}}}}\:+\underset{{k}−\mathrm{4}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{3}\right)!}+\frac{\mathrm{3}}{\left({k}−\mathrm{2}\right)!}+\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}\right)+\underset{\mathrm{fist}\:\mathrm{therms}\:\mathrm{handled}\:\mathrm{separately}} {\underbrace{\left(\frac{\mathrm{1}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{1}!}+\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}!}+\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}\right)}} \\ $$$$\mathrm{The}\:\mathrm{undefined}\:\mathrm{terms}\:\mathrm{are}\:\mathrm{not}\:\mathrm{included}\:\mathrm{int} \\ $$$$\mathrm{he}\:\mathrm{sum}.\:\mathrm{The}\:\mathrm{first}\:\mathrm{three}\:\mathrm{terms}\:\mathrm{aret} \\ $$$$\mathrm{calculaed}\:\mathrm{directly}: \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{1}!}+\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}!}+\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}+\underset{{k}=\mathrm{4}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{3}\right)!}+\frac{\mathrm{3}}{\left({k}−\mathrm{2}\right)!}+\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}\right) \\ $$$$=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{27}}{\mathrm{6}}+\underset{{k}=\mathrm{4}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{3}\right)!}+\frac{\mathrm{3}}{\left({k}−\mathrm{2}\right)!}+\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{2}}+\underset{{k}=\mathrm{4}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{3}\right)!}+\frac{\mathrm{3}}{\left({k}−\mathrm{2}\right)!}+\frac{\mathrm{1}}{\left({k}−\mathrm{1}\right)!}\right) \\ $$$$\mathrm{Now}\:\mathrm{you}\:\mathrm{can}\:\mathrm{simplify}\:\mathrm{the}\:\mathrm{sum}\:\mathrm{by}\: \\ $$$$\mathrm{movingthe}\:\mathrm{index}: \\ $$$$=\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{2}}+\underset{{j}=\mathrm{1}} {\overset{{n}−\mathrm{3}} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{{j}!}+\frac{\mathrm{3}}{\left({j}+\mathrm{1}\right)!}+\frac{\mathrm{1}}{\left({j}+\mathrm{2}\right)!}\right) \\ $$$$\mathrm{sice}\underset{{j}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{j}!}={e},\mathrm{with}\:\mathrm{the}\:\mathrm{incredase}\:\mathrm{of}\:{n}\:\mathrm{Until}\:\mathrm{the}\:\mathrm{sum}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{seies}\:\mathrm{of}\left({n}−\mathrm{3}\right) \\ $$$$\mathrm{will}\:\mathrm{approach}\:{e},\mathrm{Therefore}\:\mathrm{missing}\:\mathrm{items}\:\mathrm{and}\:\mathrm{coefficientsm} \\ $$$$\mathrm{ust}\:\mathrm{be}\:\mathrm{considered}: \\ $$$$=\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{2}}+\left({e}−\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}!}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}!}\right)\right)+\mathrm{3}\left({e}−\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}!}\right)\right)+{e}−\mathrm{1} \\ $$$$=\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{2}}+\mathrm{5}{e}−\left(\mathrm{1}+\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\mathrm{3e}\:−\left(\mathrm{3}+\mathrm{3}\right)+\mathrm{e}−\mathrm{1} \\ $$$$=\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{2}}+\mathrm{5e}−\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}+\mathrm{7}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{2}}+\mathrm{5}{e}−\frac{\mathrm{19}}{\mathrm{2}} \\ $$$$=\mathrm{5}{e}−\mathrm{2} \\ $$
Answered by mr W last updated on 23/Dec/24

$${e}^{{x}} =\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{x}^{{n}} }{{n}!} \\ $$$$\left({e}^{{x}} \right)'={e}^{{x}} =\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{nx}^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}!} \\ $$$${xe}^{{x}} =\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{nx}^{{n}} }{{n}!} \\ $$$$\left({xe}^{{x}} \right)'=\left(\mathrm{1}+{x}\right){e}^{{x}} =\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{n}^{\mathrm{2}} {x}^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}!} \\ $$$$\left({x}+{x}^{\mathrm{2}} \right){e}^{{x}} =\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{n}^{\mathrm{2}} {x}^{{n}} }{{n}!} \\ $$$$\left(\mathrm{1}+\mathrm{3}{x}+{x}^{\mathrm{2}} \right){e}^{{x}} =\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{n}^{\mathrm{3}} {x}^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}!} \\ $$$${x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{3}{x}+{x}^{\mathrm{2}} \right){e}^{{x}} =\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{n}^{\mathrm{3}} {x}^{{n}} }{{n}!} \\ $$$$\Rightarrow\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{n}^{\mathrm{3}} {x}^{{n}} }{{n}!}={x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{3}{x}+{x}^{\mathrm{2}} \right){e}^{{x}} \\ $$$${with}\:{x}=\mathrm{1}\:{we}\:{get}: \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{{n}!}=\left(\mathrm{1}+\mathrm{3}+\mathrm{1}\right){e}=\mathrm{5}{e} \\ $$$${other}\:{examples}: \\ $$$${with}\:{x}=\mathrm{2}\:{we}\:{get} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{2}^{{n}} {n}^{\mathrm{3}} }{{n}!}=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+\mathrm{3}×\mathrm{2}+\mathrm{2}^{\mathrm{2}} \right){e}^{\mathrm{2}} =\mathrm{22}{e}^{\mathrm{2}} \\ $$$${with}\:{x}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:{we}\:{get} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}^{{n}} {n}!}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\mathrm{1}+\mathrm{3}×\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}^{\mathrm{2}} }\right){e}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} =\frac{\mathrm{19}{e}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} }{\mathrm{27}} \\ $$
Answered by MathematicalUser2357 last updated on 25/Dec/24

$$\mathrm{You}\:\mathrm{had}\:\mathrm{a}\:\mathrm{typo}\:\mathrm{in}\:\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}.\:\mathrm{Fixed}\:\mathrm{into}\:\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}!}. \\ $$$$\mathrm{1}+\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}!}+\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}+…+\frac{{n}^{\mathrm{3}} }{{n}!}=? \\ $$$$?=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left(\frac{{k}^{\mathrm{3}} }{{k}!}\right) \\ $$$$\mathrm{I}\:\mathrm{didn}'\mathrm{t}\:\mathrm{understand}\:\mathrm{the}\:\mathrm{summation}\:\mathrm{rules}. \\ $$