On a :
S3=i=0∑nk=i∑n(ki)=i=0∑nk=i∑n((ki)×1)=i=0∑nk=i∑n((ki)×1i×1k−i)Ceci ressemble à la formule du binôme de
Newton, mais ce n'est pas cette formule ! Il suffit de regarder la plage des valeurs minimale et maximale (de début et d'arrêt) de l'indice de sommation
k. On devrait avoir
i=0∑k((ki)×1i×1k−i) et nous avons
k=i∑n((ki)×1i×1k−i). Or, en observant les deux sommes qui définissent
S3, on constate que :
i=0∑nk=i∑n=0⩽i⩽k⩽n∑nDonc, on peut écrire que :
i=0∑nk=i∑n=0⩽i⩽k⩽n∑n=k=0∑ni=0∑kCe qui implique que :
S3=i=0∑nk=i∑n(ki)=i=0∑nk=i∑n((ki)×1i×1k−i)=k=0∑ni=0∑k((ki)×1i×1k−i)Selon la formule du binôme de
Newton, on en déduit que :
i=0∑k((ki)×1i×1k−i)=(1+1)k=2kAinsi, on obtient :
S3=i=0∑nk=i∑n(ki)=k=0∑n2kOn constate qu'il s'agit d'une somme géométrique de
n+1 termes, de premier terme
20=1 et de raison
2. On a alors :
S3=i=0∑nk=i∑n(ki)=k=0∑n2k=20×1−21−2n+1=1×−11−2n+1=−(1−2n+1)Finalement :
S3=i=0∑nk=i∑n(ki)=2n+1−1