【第6章】
(6)色々な数列
Σ記号
a[1]+a[2]+……+a[n] を、次のように表記する。
Σ《k=1,…,n》a[k]
《》および《》の後ろのk は、a とn 以外であれば何でもよい。
Σ《k=1,…,n》a[k]=a[1]+a[2]+……+a[n]
Σの性質 (《k=1,…,n》を略する)
①Σ(a[k]+b[k])=Σa[k]+Σb[k]
②Σ(ma[k])=mΣa[k]
公式
①Σ《k=1,…,n》k=½×n(n+1)
②Σ《k=1,…,n》k2=⅙×n(n+1)(2n+1)
【証明】
(k+1)^3=k^3+3k^2+3k+1 より
(k+1)^3-k^3=3k^2+3k+1
Σ{(k+1)^3-k^3}=Σ(3k^2+3k+1)
(n+1)^3-1=3Σk^2+3Σk+Σ1
3Σk^2=(n+1)^3-1-3Σk-n
6Σk^2=2(n+1)^3-2(n+1)-6Σk
=2(n+1)^3-(n+1)-3n(n+1)
=(n+1){2(n+1)^2-2-3n}
=(n+1)(2n^2+n)
=n(n+1)(2n+1)
よって、Σk=⅙×n(n-1)(2n+1)
【証明終】
③Σ《k=1,…,n》k^3={½×n(n+1)}^2
【証明】
(k+1)^4=k^4+4k^3+6k^2+4k+1 より、
4Σk^3=Σ{(k+1)^4-k^4}-6Σk^2-4Σk-Σ1
=(n+1)^4-1-n(n+1)(2n+1)-2n(n+1)-n
=(n+1)^4-(n+1){n(2n+1)+2n+1}
=(n+1)^4-(n+1)(2n^2+3n+1)
=(n+1)4-(n+1)^2(2n+1)
=(n+1)^2{(n+1)^2-(2n+1)}
=n^2(n+1)^2
よって、Σk^3={½×n(n+1)}^2
【証明終】
(※②③の考え方で、Σk^m を順次考えることが可能)
例13)Σ《k=1,…,n》(3k^2+k+1)
=3/6×n(n+1)(2n+1)+1/2×n(n+1)+n
=1/2×n{(n+1)(2n+1)+(n+1)+2}
=1/2×n(2n^2+4n+4)
=n(n^2+2n+2)