Autor Tema: Formula \(\;\displaystyle\sum_{k=-N}^N{\big(\cos(2k\pi t)+i\sen(2k\pi t)\big)}\)

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21 Julio, 2017, 10:50 pm
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Buscón

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Calcula una fórmula para la suma


\( \displaystyle\sum_{k\,=-N}^N{\big(\cos(2k\pi t)+i\sen(2k\pi t)\big)} \)


(tu respuesta debería ser un cociente de senos).




21 Julio, 2017, 11:47 pm
Respuesta #1

robinlambada

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Hola:


Calcula una fórmula para la suma


\( \displaystyle\sum_{k\,=-N}^N{\big(\cos(2k\pi t)+i\sen(2k\pi t)\big)} \)


(tu respuesta debería ser un cociente de senos).





\( S_N=\displaystyle\sum_{k\,=-N}^N{\big(\cos(2k\pi t)+i\sen(2k\pi t)\big)}=\displaystyle\sum_{k\,=-N}^{-1}{\big(\cos(2k\pi t)+i\sen(2k\pi t)\big)}+1+\displaystyle\sum_{k\,=1}^N{\big(\cos(2k\pi t)+i\sen(2k\pi t)\big)} \)
 llamando j=-k

\( S_N=\displaystyle\sum_{j\,=1}^N{\big(\cos(2(-j)\pi t)+i\sen(2(-j))\pi t)\big)}+\displaystyle\sum_{k\,=1}^N{\big(\cos(2k\pi t)+i\sen(2k\pi t)\big)}+1=2\displaystyle\sum_{k\,=1}^N{\cos(2k\pi t)}+1 \)

Utilizando el resultado del apartado a) de este hilo , ya se termina.

http://rinconmatematico.com/foros/index.php?topic=97179.msg389903#msg389903

Saludos.

Envejecer es como escalar una gran montaña: mientras se sube las fuerzas disminuyen, pero la mirada es más libre, la vista más amplia y serena.

La verdadera juventud una vez alcanzada, nunca se pierde.

22 Julio, 2017, 01:47 am
Respuesta #2

Buscón

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Yo intenté lo mismo que aquí:


hacemos    \( w=\cos (2\color{red}\pi\color{black}t)+i\sen (2\color{red}\pi\color{black}t) \)    y    \( u=\cos \color{red}\pi\color{black}t+i\sen \color{red}\pi\color{black}t \),    entonces    \( u^2=w \).

Observamos que   

\( \displaystyle\frac{1}{w}=\displaystyle\frac{\cos 2\color{red}\pi\color{black}t-i\sen 2\color{red}\pi\color{black}t}{\cos^2 2\color{red}\pi\color{black}t+\sen^2 2\color{red}\pi\color{black}t}=\cos 2\color{red}\pi\color{black}t-i\sen 2\color{red}\pi\color{black}t=\bar{w} \);         \( \displaystyle\frac{1}{u}=\bar{u}=\cos \color{red}\pi\color{black}t-i\sen \color{red}\pi\color{black}t \),



así que  también    \( \bar{w}=(\bar{u})^2 \),    con lo que


\( w^{N+1}=\cos\big((N+1)2\color{red}\pi\color{black}t\big)+i\sen\big((N+1)2\color{red}\pi\color{black}t\big) \)    y    \( u^{N+1}=\cos\big((n+1))\color{red}\pi\color{black}t\big)+i\sen\big((N+1)\color{red}\pi\color{black}t\big) \)



\( (\bar{w})^{N+1}=\cos\big((N+1)2\color{red}\pi\color{black}t\big)-i\sen\big((N+1)2\color{red}\pi\color{black}t\big) \)    y    \( (\bar{u})^{N+1}=\cos\big((n+1))\color{red}\pi\color{black}t\big)-i\sen\big((N+1)\color{red}\pi\color{black}t\big) \),



ahora usando la expresión    \( w-1=u^2-u\bar{u}=u(u-\bar{u})=2i\sen(\color{red}\pi\color{black}t)u \),   ( igualdad (3.17) y su conjugada), obtenemos   


\( w^{N+1}-1=2i\sen\big((n+1)\color{red}\pi\color{black}t\big)u^{N+1} \)   y


\( (\bar{w})^{N+1}-1=-2i\sen\big((n+1)\color{red}\pi\color{black}t\big)(\bar{u})^{N+1} \).


Podemos entonces poner el sumatorio como


\( \begin{array}{cccc}\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^{-N}{w^k}+1+\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^N{w^k}+1-2&=&\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^{N}{\left(\displaystyle\frac{1}{w}\right)^k}+1+\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^N{w^k}+1-\color{red}1&=\\\\
&=&\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^{N}{(\bar{w})^k}+1+\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^N{w^k}+1-\color{red}1&=\\\\
&=&\displaystyle\frac{(\bar{w})^{N+1}-1}{\bar{w}-2}+\displaystyle\frac{w^{N+1}-1}{w-1}-\color{red}1\end{array} \)


y sustituir,


\( (\bar{u})^{N+1}\cdot{}\displaystyle\frac{2i\sen\big((n+1)\color{red}\pi\color{black}t\big)}{(2i\sen \color{red}\pi\color{black}t)\bar{u}}+u^{N+1}\cdot{\displaystyle\frac{2i\sen\big((n+1)\color{red}\pi\color{black}t\big)}{(2i\sen \color{red}\pi\color{black}t)u}}-\color{red}1 \)



\( (\bar{u})^{N}\cdot{}\displaystyle\frac{\sen\big((n+1)\color{red}\pi\color{black}t\big)}{\sen \color{red}\pi\color{black}t}+u^{N}\cdot{\displaystyle\frac{\sen\big((n+1)\color{red}\pi\color{black}t\big)}{\sen \color{red}\pi\color{black}t}}-\color{red}1 \)



\( \displaystyle\frac{\sen\big((n+1)\color{red}\pi\color{black}t\big)}{\sen \color{red}\pi\color{black}t}\cdot{\Big((\bar{u})^{N}+u^{N}\Big)}-\color{red}1 \)



\( \displaystyle\frac{\sen\big((n+1)\color{red}\pi\color{black}t\big)}{\sen \color{red}\pi\color{black}t}\color{red}\cdot{\left(2\Re(u^N)\right)}-1 \)


\( 2\cos(N\pi t)\displaystyle\frac{\sen\big((N+1)\pi t\big)}{\sen \pi t}-1 \)


Saludos y gracias.


CORREGIDO. Por cortesía de robinlambada


EDITADO. Por el aporte de EnRIquE   


\( \begin{array}{ccc}\displaystyle\frac{2\cos(N\pi t)\cdot{\sen\big((N+1)\pi t\big)}}{\sen\pi t}-1&=&\displaystyle\frac{\sen\big(N\pi t+(N+1)\pi t\big)-\sen\big(N\pi t-(N+1)\pi t\big)\big)}{\sen\pi t}-1&=\\\\
&=&\displaystyle\frac{\sen\big((2N+1)\pi t\big)-\sen -\pi t}{\sen \pi t}-1&=\\\\
&=&\displaystyle\frac{\sen\big((2N+1)\pi t\big)+\sen \pi t}{\sen \pi t}-1&=\\\\
&=&\displaystyle\frac{\sen\big((2N+1)\pi t\big)}{\sen \pi t}\end{array} \)

22 Julio, 2017, 02:48 am
Respuesta #3

robinlambada

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Hola.

\( \displaystyle\sum_{k\,=\,1}^{-N}{w^k}+1+\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^N{w^k}+1\color{red}-1\color{black}=\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^{N}{\left(\displaystyle\frac{1}{w}\right)^k}+1+\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^N{w^k}+1\color{red}-1\color{black}[/center]

[/quote]
La idea es buena, pero has cometido un despiste que marco en rojo corregido.

también te falta un [tex]\pi \) en los argumentos trigonométricos. y se te olvido hacer que \( \bar{u}^{N}+u^{N}=2Re \big(u^N\big)=2\cos( Nt) \)
Citar


\( \displaystyle\frac{\sen\big((n+1)t\big)}{\sen t}\cdot{\Big((\bar{u})^{N}+u^{N}\Big)}\color{red}-1\color{black} \)


\( \displaystyle\frac{\sen\big((n+1)t\big)}{\sen t}\color{red}2\cos (Nt)-1 \)


Saludos y gracias.


Al final debe quedarte: 
\( 2\cos(N\pi t)\displaystyle\frac{\sen\big((N+1)\pi t\big)}{\sen \pi t}-1 \)

Saludos.
Envejecer es como escalar una gran montaña: mientras se sube las fuerzas disminuyen, pero la mirada es más libre, la vista más amplia y serena.

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22 Julio, 2017, 09:32 am
Respuesta #4

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Hola.

\( \displaystyle\sum_{k\,=\,1}^{-N}{w^k}+1+\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^N{w^k}+1\color{red}-1\color{black}=\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^{N}{\left(\displaystyle\frac{1}{w}\right)^k}+1+\displaystyle\sum_{k\,=\,1}^N{w^k}+1\color{red}-1\color{black}[/center]

[/quote]
La idea es buena, pero has cometido un despiste que marco en rojo corregido.
[/quote]


Al interpretar que esa    [tex]N\in{\mathbb{N}} \)    y que por lo tanto no pasa por el cero, se necesitan un par de    \( 1 \)    para que quede

\( \displaystyle\frac{w^{N+1}-1}{w-1} \)    y    \( \displaystyle\frac{(\bar{w})^{N+1}-1}{\bar{w}-1} \)    en los respectivos sumatorios. ¿No?


también te falta un \( \pi \) en los argumentos trigonométricos. y se te olvido hacer que \( \bar{u}^{N}+u^{N}=2Re \big(u^N\big)=2\cos( Nt) \)


Si, estas son cosas que suelen pasar cuando el esfuerzo mental excede la capacidad intelectual. :(
Entrenar, entrenar y entrenar.  :)


Muchas gracias y saludos.

22 Julio, 2017, 10:06 am
Respuesta #5

robinlambada

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Hola, buenos días.


Al interpretar que esa    \( N\in{\mathbb{N}} \)    y que por lo tanto no pasa por el cero, se necesitan un par de    \( 1 \)    para que quede

\( \displaystyle\frac{w^{N+1}-1}{w-1} \)    y    \( \displaystyle\frac{(\bar{w})^{N+1}-1}{\bar{w}-1} \)    en los respectivos sumatorios. ¿No?
No tengo claro a que te refieres con pasa por cero, quizás te refieres al índice k, pues N es un natural fijo y k entero.

En todo caso viene de descomponer el sumatorio en 3 partes.

\( S_N=\displaystyle\sum_{k\,=-N}^N w^k=\displaystyle\sum_{k\,=-N}^{-1}w^k+1+\displaystyle\sum_{k\,=1}^Nw^k \) y sumar \( \pm{1} \)

\( \displaystyle\sum_{k\,=-N}^{-1}w^k+1+\displaystyle\sum_{k\,=1}^Nw^k+1-1 \)

Citar

también te falta un \( \pi \) en los argumentos trigonométricos. y se te olvido hacer que \( \bar{u}^{N}+u^{N}=2Re \big(u^N\big)=2\cos( Nt) \)


Si, estas son cosas que suelen pasar cuando el esfuerzo mental excede la capacidad intelectual. :(
Entrenar, entrenar y entrenar.  :)


Muchas gracias y saludos.

Bueno yo no diría eso, más bien que a ciertas horas de la noche , el rendimiento intelectual suele bajar bastante y más si pareces madrugador como yo.
Saludos.

Respecto a lo de entrenar, muy cierto. Dicen que sabe más el sabio por viejo que por sabio.
Envejecer es como escalar una gran montaña: mientras se sube las fuerzas disminuyen, pero la mirada es más libre, la vista más amplia y serena.

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22 Julio, 2017, 02:45 pm
Respuesta #6

Buscón

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Hola, buenos días.


Al interpretar que esa    \( N\in{\mathbb{N}} \)    y que por lo tanto no pasa por el cero, se necesitan un par de    \( 1 \)    para que quede

\( \displaystyle\frac{w^{N+1}-1}{w-1} \)    y    \( \displaystyle\frac{(\bar{w})^{N+1}-1}{\bar{w}-1} \)    en los respectivos sumatorios. ¿No?
No tengo claro a que te refieres con pasa por cero, quizás te refieres al índice k, pues N es un natural fijo y k entero.


No interpreté bien el enunciado, supuse    \( k\in\{-N,\;-N+1\;,\ldots,\;-2,\;-1,\;1,\;2,\;\ldots,\;N-1,\;N\}=\mathbb{Z}\backslash \{0\} \)    en vez de    \( k\in{\mathbb{Z}} \). 

Con este supuesto faltan dos unos para que encaje el resultado en vez de uno.


Un saludo.

23 Julio, 2017, 10:26 pm
Respuesta #7

EnRlquE

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Hola.

 Sólo por ser quisquilloso.

Al final debe quedarte: 
\( 2\cos(N\pi t)\displaystyle\frac{\sen\big((N+1)\pi t\big)}{\sen \pi t}-1 \)

 La respuesta es correcta, pero para que quede exactamente como menciona el enunciado, podríamos calcular la última diferencia, y usar que \( 2\cos x\sen y=\sen(x+y)-\sen(x-y). \) Luego de eso, ya obtendremos un cociente donde sólo aparezcan funciones seno.

Saludos,

Enrique.

23 Julio, 2017, 11:04 pm
Respuesta #8

robinlambada

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Hola.

 Sólo por ser quisquilloso.

Al final debe quedarte: 
\( 2\cos(N\pi t)\displaystyle\frac{\sen\big((N+1)\pi t\big)}{\sen \pi t}-1 \)

 La respuesta es correcta, pero para que quede exactamente como menciona el enunciado, podríamos calcular la última diferencia, y usar que \( 2\cos x\sen y=\sen(x+y)-\sen(x-y). \) Luego de eso, ya obtendremos un cociente donde sólo aparezcan funciones seno.

Saludos,

Enrique.
Cierto, no es ser quisquilloso, es ser riguroso con el enunciado. Pero yo me refería que al final  ( con las correcciones que le puse ) su desarrollo quedaría como le indique, esto se ve por el contexto, pero claro que no es el final del ejercicio.

Saludos.
Envejecer es como escalar una gran montaña: mientras se sube las fuerzas disminuyen, pero la mirada es más libre, la vista más amplia y serena.

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24 Julio, 2017, 01:00 am
Respuesta #9

EnRlquE

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Hola.

Cierto, no es ser quisquilloso, es ser riguroso con el enunciado. Pero yo me refería que al final  ( con las correcciones que le puse ) su desarrollo quedaría como le indique, esto se ve por el contexto, pero claro que no es el final del ejercicio.

 De acuerdo con todo, creo que debí elegir la palabra fastidioso en su lugar  :D.

Saludos,

Enrique.