■ベキ和の整除性(その11)

ベルヌーイはこの式の列

Σk=n(n+1)/2

Σk^2=n(n+1)(2n+1)/6

Σk^3=n^2(n+1)^2/4

Σk^4=n(n+1)(2n+1)(3n^2+3n−1)/30

Σk^5=n^2(n+1)^2(2n^2+2n−1)/12

Σk^6=n(n+1)(2n+1)(3n^4+6n^3−3n+1)/42

Σk^7=n^2(n+1)^2(3n^4+6n^3−n^2−4n+2)/24

を見て,次のようなパターンを発見しました.

 それを一般式の形で書くと,S(s,n)=Σk^sは

  S(s,n)=1/(s+1){B0n^(s+1)+(s+1,1)B1n^s+・・・+(s+1,s)Bsn}

  =1/(s+1)Σ(K=0-s)(s+1,k)Bk(n+1)^(s+1-k)

と,ベルヌーイ数Bnを含む式で表すことができます.

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一般に

1^k+2^k+・・・+n^k=1/(k+1){Bk+1(n+1)-Bk+1(1)},Bk+1(1)=Bk+1(0)=Bk+1

k=3のとき、

1^3+2^3+・・・+n^3=1/4{B4(n+1)-B4(1)}=(n(n+1)/2)^2

nが十分大ならば

1^k+2^k+・・・+n^k〜n^(k+1)/(k+1)

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