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ich hänge gerade an einer Teilaufgabe fest; gegeben ist folgende Potenzreihe:

$$ P(z)= \sum \limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n+1}\frac{z^n}{n} $$


Zu zeigen ist: $$P(iz) + P(-iz) = P(z^2)$$


Irgendwie habe ich dabei einen totalen Denkfehler und meine Summen heben sich immer weg...

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Hallo da sonst alles gleich bleibt kannst du es ausklammern und hast nur i^n+(-i)^n für welche n ist das 0 ? sicher nicht für alle, rechne mal n=0,1,2,3,4 z.B.

Gruß lul

Avatar von 106 k 🚀

Okay:

$$i^n+(-i)^n=0$$ gilt nur für alle geraden n.

Im Falle aller ungeraden n (n:=2n+1) gilt:

$$ i^{2n+1}+(-i)^{2n+1}= i^{2n}*i+(-i)^{2n}*(-i)= -1+i+1*(-i)= -2i$$

So weit richtig?

Damit sehe ich allerdings immer noch nicht wie ich zur Behauptung kommen soll...

... gilt nur für alle geraden n.

...was für n=4 schon mal nicht stimmt.

Okay, das ist ein starkes Argument- ich versuche es nochmal :):

Nachrechnen ergibt:

$$i^n+(-i)^n=-2i$$ für alle n=3,7,11 bzw. n=3+4l

$$i^n+(-i)^n=2$$ für alle n=4,8,12 bzw. n= 4k

Es ergibt sich also, wenn man alle Fälle ungleich 0 betrachtet.:

$$i^n+(-i)^n= i^{3+4l}+(-i)^{3+4l}+i^{4k}+(-i)^{4k}=(-2i)^{3+4l}+2^{4k}$$


Man setze also $$z=(-2i)^{3+4l}+2^{4k}$$, da es sich hierbei um eine komplexe Zahl der Form a+bi handeldelt.


Für die Aufgabe ergibt sich dann:

$$\sum \limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n+1}*\frac{iz^n}{n}+ \sum \limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n+1}*\frac{(-iz)^n}{n}$$

$$= \sum \limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n+1}*\frac{z^n}{n} (i^n+(-i)^n)$$

$$= \sum \limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n+1}*\frac{z^n}{n} (i^{3+4l}+(-i)^{3+4l}+i^{4k}+(-i)^{4k})$$

$$= \sum \limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n+1}*\frac{z^n}{n}((-2i)^{3+4l}+2^{4k})$$

$$=  \sum \limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n+1}*\frac{z^n}{n}(z^n)$$

$$=  \sum \limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n+1}*\frac{z^{2n}}{n}$$

$$ =P(z^2)$$


Sind dort halbwegs brauchbare Ansätze bei?

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