MathLabs

第1問

xi=i101x_i = \frac{i}{101} に対して、和 S=∑i=0101xi31−3xi+3xi2S = \sum_{i=0}^{101} \frac{x_i^3}{1 - 3x_i + 3x_i^2} を求めよ。
ステップ 2/4: 分母を対称な立方和に書き換える
ざっくり言うと

係数 1,−3,31, -3, 3 は (1−x)3(1 - x)^3 の典型的な二項係数の並びであり、立方を完成させることで xix_i と 1−xi1 - x_i の間の隠れた対称性が現れる。

1−3xi+3xi2=(1−3xi+3xi2−xi3)+xi3=(1−xi)3+xi3=x101−i3+xi31 - 3x_i + 3x_i^2 = (1 - 3x_i + 3x_i^2 - x_i^3) + x_i^3 = (1 - x_i)^3 + x_i^3 = x_{101-i}^3 + x_i^3
詳しい解説

1−3xi+3xi21 - 3x_i + 3x_i^2 は二項展開 (1−xi)3=1−3xi+3xi2−xi3(1 - x_i)^3 = 1 - 3x_i + 3x_i^2 - x_i^3 の最初の3項と一致していることに注目する。xi3x_i^3 を引いて足すことで 1−3xi+3xi2=(1−xi)3+xi3=x101−i3+xi31 - 3x_i + 3x_i^2 = (1 - x_i)^3 + x_i^3 = x_{101-i}^3 + x_i^3 となり、一般項は xi3x101−i3+xi3\frac{x_i^3}{x_{101-i}^3 + x_i^3} と表される。