La suma de una secuencia explícita se denota como una sucesión de adiciones. Por ejemplo, la suma de [1, 2, 4, 2] se denota 1 + 2 + 4 + 2 y da como resultado 9, es decir, 1 + 2 + 4 + 2 = 9 . Como la suma es asociativa y conmutativa , no hay necesidad de paréntesis y el resultado es el mismo independientemente del orden de las sumas. La suma de una secuencia de un solo elemento da como resultado este elemento en sí. La suma de una secuencia vacía (una secuencia sin elementos), por convención, da como resultado 0.
Muy a menudo, los elementos de una secuencia se definen, mediante un patrón regular, en función de su lugar en la secuencia. Para patrones simples, la suma de secuencias largas se puede representar reemplazando la mayoría de los sumandos por elipses. Por ejemplo, la suma de los primeros 100 números naturales se puede escribir como 1 + 2 + 3 + 4 + ⋯ + 99 + 100 . De lo contrario, la suma se denota utilizando la notación Σ, donde es una letra griega mayúscula sigma ampliada . Por ejemplo, la suma de los primeros n números naturales se puede denotar como
Para sumatorias largas y sumatorias de longitud variable (definidas con elipses o notación Σ), es un problema común encontrar expresiones de forma cerrada para el resultado. Por ejemplo, [un]
Aunque este tipo de fórmulas no siempre existen, se han descubierto muchas fórmulas de suma; algunas de las más comunes y elementales se enumeran en el resto de este artículo.
Notación
Notación sigma mayúscula
La notación matemática utiliza un símbolo que representa de forma compacta la suma de muchos términos similares: el símbolo de suma , una forma ampliada de la letra griega mayúscula vertical sigma . Esto se define como
donde i es el índice de sumatoria ; a i es una variable indexada que representa cada término de la suma; m es el límite inferior de la sumatoria y n es el límite superior de la sumatoria . El " i = m " debajo del símbolo de suma significa que el índice i comienza igual a m . El índice, i , se incrementa en uno para cada término sucesivo y se detiene cuando i = n . [b]
Esto se lee como "suma de a i , de i = ma n " .
A continuación se muestra un ejemplo que muestra la suma de cuadrados:
En general, si bien cualquier variable puede usarse como índice de sumatoria (siempre que no se incurra en ambigüedad), algunas de las más comunes incluyen letras como , [c] , y ; este último también se utiliza a menudo para el límite superior de una suma.
Alternativamente, el índice y los límites de sumatoria a veces se omiten de la definición de sumatoria si el contexto es suficientemente claro. Esto se aplica particularmente cuando el índice va de 1 a n . [1] Por ejemplo, se podría escribir que:
A menudo se utilizan generalizaciones de esta notación, en las que se proporciona una condición lógica arbitraria y se pretende que la suma incluya todos los valores que satisfacen la condición. Por ejemplo:
es una notación alternativa para la suma de todos ( enteros ) en el rango especificado. Similarmente,
es la suma de todos los elementos del conjunto , y
es la suma de todos los números enteros positivos dividiendo . [d]
También hay formas de generalizar el uso de muchos signos sigma. Por ejemplo,
Si la suma tiene un sumando , entonces la suma evaluada es .
Si la suma no tiene sumandos, entonces la suma evaluada es cero , porque cero es la identidad de la suma. Esto se conoce como suma vacía .
Estos casos degenerados normalmente sólo se utilizan cuando la notación de suma da un resultado degenerado en un caso especial. Por ejemplo, si en la definición anterior, entonces solo hay un término en la suma; si entonces no hay ninguno.
suma algebraica
La frase "suma algebraica" se refiere a una suma de términos que pueden tener signos positivos o negativos. Los términos con signos positivos se suman, mientras que los términos con signos negativos se restan.
Definicion formal
La suma se puede definir de forma recursiva de la siguiente manera:
La fórmula anterior se usa más comúnmente para invertir el operador de diferencia , definido por:
donde f es una función definida sobre los números enteros no negativos. Por lo tanto, dada tal función f , el problema es calcular la antidiferencia de f , una función tal que . Es decir,
esta función se define hasta la suma de una constante y se puede elegir como [2]
Muchas de estas aproximaciones se pueden obtener mediante la siguiente conexión entre sumas e integrales , que es válida para cualquier función creciente f :
Para sumatorias en las que el sumando viene dado (o puede ser interpolado) por una función integrable del índice, la sumatoria puede interpretarse como una suma de Riemann que ocurre en la definición de la integral definida correspondiente. Por lo tanto, se puede esperar que, por ejemplo,
ya que el lado derecho es por definición el límite del lado izquierdo. Sin embargo, para una suma dada n es fija, y poco se puede decir sobre el error en la aproximación anterior sin suposiciones adicionales sobre f : está claro que para funciones muy oscilantes la suma de Riemann puede estar arbitrariamente lejos de la integral de Riemann.
Existen muchísimas identidades de suma que involucran coeficientes binomiales (un capítulo completo de Matemáticas Concretas está dedicado solo a las técnicas básicas). Algunos de los más básicos son los siguientes.
En 1675, Gottfried Wilhelm Leibniz , en una carta a Henry Oldenburg , sugiere el símbolo ∫ para marcar la suma de diferenciales ( latín : calculus summatorius ), de ahí la forma de S. [4] [5] [6] El cambio de nombre de este símbolo a integral surgió más tarde en intercambios con Johann Bernoulli . [6]
En 1772, Lagrange atestigua el uso de Σ y Σ n . [7] [9]
En 1823, se atestigua la letra S mayúscula como símbolo de suma de series. Al parecer, este uso estaba muy extendido. [7]
En 1829, el símbolo de suma Σ está atestiguado por Fourier y CGJ Jacobi . [7] El uso de Fourier incluye límites inferiores y superiores, por ejemplo: [10] [11]
^ Para obtener una exposición detallada sobre la notación de suma y la aritmética con sumas, consulte Graham, Ronald L.; Knuth, Donald E.; Patashnik, Oren (1994). "Capítulo 2: Sumas". Matemáticas concretas: una base para la informática (2ª ed.). Profesional de Addison-Wesley. ISBN 978-0201558029.
^ en contextos donde no existe posibilidad de confusión con la unidad imaginaria
^ Aunque el nombre de la variable ficticia no importa (por definición), normalmente se utilizan letras desde la mitad del alfabeto ( hasta ) para indicar números enteros, si existe riesgo de confusión. Por ejemplo, incluso si no debería haber dudas sobre la interpretación, a muchos matemáticos podría parecerles un poco confuso ver en lugar de en las fórmulas anteriores que involucran .
Referencias
^ "Notación sumatoria". www.columbia.edu . Consultado el 16 de agosto de 2020 .
^ Manual abcd de matemáticas discretas y combinatorias , Kenneth H. Rosen, John G. Michaels, CRC Press, 1999, ISBN 0-8493-0149-1 .
^ ab "Cálculo I - Notación sumatoria". tutorial.math.lamar.edu . Consultado el 16 de agosto de 2020 .
^ Burton, David M. (2011). La historia de las matemáticas: una introducción (7ª ed.). McGraw-Hill. pag. 414.ISBN978-0-07-338315-6.
^ Leibniz, Gottfried Wilhelm (1899). Gerhardt, Karl Immanuel (ed.). Der Briefwechsel von Gottfried Wilhelm Leibniz mit Mathematikern. Erster Band. Berlín: Mayer & Müller. pag. 154.