Somatório

adição de uma sequência de números

Em matemática, somatório ou somatória [1] é a adição de uma sequência de quaisquer tipos de números, chamados parcelas ou somando; o resultado é sua soma ou total. Além de números, outros tipos de valores também podem ser somados: funções, vetores, matrizes, polinômios e, em geral, elementos de qualquer tipo de objeto matemático para o qual esteja definida uma operação denotada por "+".

O somatório de uma sequência infinita é chamado de série. Tais somas envolvem o conceito de limite, e não são cobertas neste artigo.

O somatório de uma sequência explícita é denotado por uma sucessão de adições. Por exemplo, o somatório de [1, 2, 4, 2] é denotado por 1 + 2 + 4 + 2, e seu total é 9, ou seja, 1 + 2 + 4 + 2 = 9. Como a adição é associativa e comutativa, não é preciso colocar parênteses, e o resultado não depende da ordem dos somandos. O somatório de uma sequência de um único elemento tem como resultado o próprio elemento. O somatório de uma sequência vazia (uma sequência sem elementos) resulta, por convenção, em 0.

Frequentemente, os elementos de uma sequência são definidos, através de padrões regulares, como uma função de sua posição na sequência. Para padrões simples, o somatório de sequências longas pode ser representado substituindo a maioria das parcelas por reticências. Por exemplo, a soma dos 100 primeiros inteiros positivos pode ser escrita como 1 + 2 + 3 + 4 + ⋅⋅⋅ + 99 + 100. Nos demais casos, o somatório é denotado por meio da notação Σ, em que é uma letra grega sigma maiúscula aumentada. Por exemplo, a soma dos n primeiros inteiros positivos é denotada por

Para somatórios longos, e somatórios de tamanho variável (definidos por reticências ou a notação Σ), um problema comum é encontrar uma expressão em forma fechada para o resultado. Por exemplo, [a]

NotaçãoEditar

Notação sigma maiúsculoEditar

 
O símbolo de somatório

A notação matemática utiliza um símbolo para representar de forma compacta o somatório de vários termos similares: o símbolo de somatório,  , uma forma ampliada da letra grega maiúscula sigma. Ele é definido como

 
em que   é o índice do somatório;   é uma variável indexada que representa cada termo do somatório;   é o índice inicial (ou limite inferior), e   é o índice final (ou limite superior)[2][3]. A expressão " " sob o símbolo de somatório significa que o índice   começa igual a  . O índice   é incrementado em uma unidade a cada termo subsequente, terminando quando  .[b]

AplicaçõesEditar

Os somatórios são úteis para expressar somas arbitrárias de números, por exemplo em fórmulas. Se queremos representar a fórmula para se calcular a média aritmética de   números, teremos a seguinte expressão:

 

onde   é um dada sequência de   números.[3]

Algumas propriedadesEditar

Sejam     sequências (por exemplo, de números reais) e   um escalar. Então, temos:

1.  [3]

2.  [3]

3.  

4.  [3]

5.  [3]

6.  

7.  

8.  

9.  

10.  

11.  

Nas propriedades acima, assumimos que as sequências     pertencem a um espaço vetorial. Particularmente, na propriedade 8.,   denota a norma (quando existe) definida neste espaço. Esta propriedade é uma extensão natural da desigualdade triangular. No caso do espaço usual dos números reais,   é a função valor absoluto.

Para uma sequência   é usual denotarmos somatórios duplos da seguinte forma:

 
Neste contexto temos as seguintes propriedades:

1.  

2.  

Algumas propriedades envolvendo soma e produto podem ser generalizadas usando a notação de somatório e produtório. Dada uma sequência   o produtório é, usualmente, denotado por:

 
Por exemplo, temos as propriedades:


1.  

2.  

Número de termos do somatórioEditar

Dado o somatório:

 
O número de termos da expressão resultante será dado por  [4][5], onde:

  é o número de termos do somatório expandido;

  é o índice final (ou limite superior);

  é o índice inicial (ou limite inferior);

  é o número de restrições as quais o intervalo   está submetido.


Exemplos:

1)  

O número de termos que expressão resultante terá é:

 
 

ou seja, 5 termos:

 

2)  , para  .

Note que temos duas restrições:  . O número de termos que expressão resultante terá é dado por

 
 

ou seja, 6 termos:

 
 


Observação: o número de termos do somatório não necessariamente é igual ao número de termos da expressão final simplificada. Além disso, tenha certeza que todas as   restrições pertencem ao intervalo  , caso contrário, desconsidere-as (o que não ocorre na maioria dos casos).

Alguns somatórios de funções polinomiaisEditar

  1.  
  2.   (Soma de uma progressão aritmética)
  3.   (Número piramidal quadrado)
  4.  [3]
  5.  [3]
  6.  [3]
  7.  [3]
  8.  

Alguns somatórios de funções exponenciaisEditar

  1.   (Soma dos termos de uma progressão geométrica)
  2.    [3]

Alguns somatórios de fraçõesEditar

1) Fixando-se, por exemplo,   nas expressões abaixo:

 

 

Para  

 

 

Comparando as expressões, dá para observar de um modo geral que:

 

Ou melhor:

 

Desenvolvendo-se cada um dos lados:

 
Logo:

 

Exemplo, calcular a soma:

 

Aplicando-se a fórmula para  

 

Com esse procedimento também é possível encontrar muitos outros somatórios de frações, como por exemplo:

2)  

3)  

Ver tambémEditar

Ligações externasEditar

NotasEditar

  1. Para detalhes, ver número triangular.
  2. Para uma exposição detalhada do símbolo de somatório, e a aritmética com somas, ver Graham, Ronald L.; Knuth, Donald E.; Patashnik, Oren (1994). «Chapter 2: Sums». Concrete Mathematics: A Foundation for Computer Science (PDF) 2nd ed. [S.l.]: Addison-Wesley Professional. ISBN 978-0201558029 [ligação inativa]

Referências

  1. «Vocabulário Ortográfico da Língua Portuguesa». Academia Brasileira de Letras. Consultado em 7 de dezembro de 2016 
  2. Howard, Anton (2007). Cálculo. [S.l.]: Bookmann. pp. 373–377 
  3. a b c d e f g h i j k Bronshtein, I.N. (2007). Handbook of Mathematics. Berlin: Springer. pp. 6–7;18–19 
  4. PETERNELLI, Luiz A. (16 mar. 2004). «Estatística I - Capítulo 1: Conceitos introdutórios» (PDF). Depto. de Informática - Universidade Federal de Viçosa. Consultado em 29 ago. 2020 
  5. OLIVEIRA, Celso Luiz Borges. (Fevereiro de 2005). «Estatística: Aula 1 - Somatório» (PDF). Depto. de Engenharia Agrícola - Universidade Federal da Bahia. Consultado em 29 ago. 2020