引言:
求和符号经常活跃于数学或工程实际问题中,特别是处于多重求和情况时,连用的求和符号存在运算的优先顺序,有时我们可以直接互换不同求和符号之间的位置,而有时不同的位置则代表不同的求和意义。因此,关于求和符号∑的问题还是很有必要进行一番细致的讨论。
一、从单重求和谈起
我们通过一个稍微简单的例子来回顾下求和符号的使用(如下所示)。∑i=110g(k,l)h(i,j)=g(k,l)∑i=110h(i,j)
\sum_{i=1}^{10}{g\left( k,l \right) h\left( i,j \right)}=g\left( k,l \right) \sum_{i=1}^{10}{h\left( i,j \right)}i=1∑10g(k,l)h(i,j)=g(k,l)i=1∑10h(i,j)
求和符号展开的关键在于替换所有的计数下标,本例中g(k,l)g\left( k,l \right)g(k,l)与计数下标i无关,故可直接提取到求和符号外。最终结果如下所示:g(k,l)(h(1,j)+h(2,j)+⋅⋅⋅+h(10,j))
g\left( k,l \right) \left( h\left( \text{1,}j \right) +h\left( \text{2,}j \right) +···+h\left( \text{10,}j \right) \right) g(k,l)(h(1,j)+h(2,j)+⋅⋅⋅+h(10,j))
二、多重求和(二重情况)
当出现两个及以上的求和符号时,它们之间必然存在着某种运算的优先顺序。为便于理解和阅读,我们也可以适当对其添加括号来明确这种运算顺序。比如下面这样:∑i=13∑j=14f(i,j)=∑i=13(∑j=14f(i,j))=∑i=13(f(i,1)+f(i,2)+f(i,3)+f(i,4))
\sum_{i=1}^3{\sum_{j=1}^4{f\left( i,j \right) =\sum_{i=1}^3{\left( \sum_{j=1}^4{f\left( i,j \right)} \right)}}}=\sum_{i=1}^3{\left( f\left( i,1 \right) +f\left( i,2 \right) +f\left( i,3 \right) +f\left( i,4 \right) \right)}i=1∑3j=1∑4f(i,j)=i=1∑3(j=1∑4f(i,j))=i=1∑3(f(i,1)+f(i,2)+f(i,3)+f(i,4))
实际上,由于计数下标i和j的范围不同,上述双重求和表达式中的两个求和符号的顺序可以互换,即可以写成下面这种形式:∑i=13∑j=14f(i,j)=∑j=14∑i=13f(i,j)
\sum_{i=1}^3{\sum_{j=1}^4{f\left( i,j \right) =\sum_{j=1}^4{\sum_{i=1}^3{f\left( i,j \right)}}}}i=1∑3j=1∑4f(i,j)=j=1∑4i=1∑3f(i,j)
既然存在可以直接互换的情况,那么也必然存在求和符号顺序不可直接互换的情况,比如下面这个例子,如果强行直接互换两者,那么其表达式的意义也就发生了变化。
原式:∑i=14∑j=1if(i,j)原式:\sum_{i=1}^4{\sum_{j=1}^i{f\left( i,j \right)}}原式:∑i=14∑j=1if(i,j) (2-1)