オイラーの和公式

ベルヌーイ多項式の性質（若しくは定義）により

${\displaystyle \int _{0}^{1}{\frac {B_{k-1}(x)}{(k-1)!}}f^{(k-1)}(x)dx=\int _{0}^{1}\left({\frac {B_{k}(x)}{k!}}\right)'f^{(k-1)}(x)=\left[{\frac {B_{k}(x)}{k!}}f^{(k-1)}(x)\right]_{0}^{1}-\int _{0}^{1}{\frac {B_{k}(x)}{k!}}f^{(k)}(x)dx}$

である。有限回の部分積分を繰り返して

${\displaystyle \int _{0}^{1}f(x)dx=\int _{0}^{1}B_{0}(x)f(x)dx=\sum _{k=1}^{m}\left[(-1)^{k-1}{\frac {B_{k}(x)}{k!}}f^{(k-1)}(x)\right]_{0}^{1}+(-1)^{m}\int _{0}^{1}{\frac {B_{m}(x)}{m!}}f^{(m)}(x)dx}$

となるが、これは${\displaystyle f(x)}$を${\displaystyle f(j+x)}$に置き換えても成り立つから

${\displaystyle {\begin{aligned}\int _{0}^{n}f(x)dx&=\sum _{j=0}^{n-1}\int _{0}^{1}f(j+x)dx\\&=\sum _{j=1}^{n-1}\sum _{k=1}^{m}\left[(-1)^{k-1}{\frac {B_{k}(x)}{k!}}f^{(k-1)}(x)\right]_{0}^{1}+(-1)^{m}\int _{0}^{n}{\frac {B_{m}(x-\lfloor {x}\rfloor )}{m!}}f^{(m)}(x)dx\end{aligned}}}$

である。${\displaystyle B_{1}(0)=-\textstyle {\frac {1}{2}},}$${\displaystyle B_{1}(1)=\textstyle {\frac {1}{2}},B_{2k}(0)=B_{2k}(1)=B_{2k},}$${\displaystyle B_{2k+1}(0)=B_{2k+1}(1)=B_{2k+1}=0}$を代入すれば

${\displaystyle \int _{0}^{n}f(x)dx=\sum _{j=0}^{n-1}f(j)-{\frac {1}{2}}f(0)+{\frac {1}{2}}f(n)-\sum _{k=2}^{m}(-1)^{k}{\frac {B_{k}}{k!}}\left(f^{(k-1)}(n)-f^{(k-1)}(0)\right)-R_{m}}$

${\displaystyle R_{m}=(-1)^{m+1}\int _{0}^{n}{\frac {B_{m}(x-\lfloor {x}\rfloor )}{m!}}f^{(m)}(x)dx}$

を得る。移項して形式を整えると

${\displaystyle \sum _{j=0}^{n-1}f(j)=\int _{x=0}^{n}f(x)dx+\sum _{k=1}^{m}{\frac {B_{k}}{k!}}\left(f^{(k-1)}(n)-f^{(k-1)}(0)\right)+R_{m}}$

となる。或いは

${\displaystyle {\begin{aligned}\sum _{j=1}^{n-1}f(j)+{\frac {1}{2}}\left(f(0)+f(n)\right)&=\int _{0}^{n}f(x)dx+\sum _{k=2}^{2m+1}{\frac {B_{k}}{k!}}\left(f^{(k-1)}(n)-f^{(k-1)}(0)\right)+R_{2m+1}\\&=\int _{0}^{n}f(x)dx+\sum _{k=1}^{m}{\frac {B_{2k}}{(2k)!}}\left(f^{(2k-1)}(n)-f^{(2k-1)}(0)\right)+R_{2m+1}\\\end{aligned}}}$

となる。

• アベル・プラナの和公式
• レオンハルト・オイラー
• コリン・マクローリン

1. Springer Online Reference Works: Euler–MacLaurin formula