数列 1 3 , 2 3 , 3 3 ,⋯, n 3 の和(和記号Σを参照)
∑ k=1 n k 3 = 1 3 + 2 3 + 3 3 +⋯+ n 3 = { n ( n+1 ) 2 } 2
( k+1 ) 4 − k 4 =4 k 3 +6 k 2 +4k+1 に順に k=1,2,3,⋅⋅⋅,n を代入し,以下のように縦にそろえて加えると
上式を, ∑ k=1 n k 3 = 1 4 { ( n+1 ) 4 −1−6 ∑ k=1 n k 2 −4 ∑ k=1 n k −n } と整理し,右辺に ∑ k=1 n k = 1 2 n( n+1 ) (参照), ∑ k=1 n k 2 = 1 6 n( n+1 )( 2n+1 ) (参照)をそれぞれ代入する.
∑ k = 1 n k 3 = 1 4 { ( n + 1 ) 4 − 1 − 6 ∑ k = 1 n k 2 − 4 ∑ k = 1 n k − n }
= 1 4 { ( n + 1 ) 4 − 6 ∑ k = 1 n k 2 − 4 ∑ k = 1 n k − n − 1 }
= 1 4 { ( n + 1 ) 4 − n ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) − 2 n ( n + 1 ) − ( n + 1 ) }
= 1 4 ( n + 1 ) { ( n + 1 ) 3 − n ( 2 n + 1 ) − 2 n − 1 }
= 1 4 ( n + 1 ) { ( n 3 + 3 n 2 + 3 n + 1 ) − ( 2 n 2 + n ) − 2 n − 1 }
= 1 4 ( n + 1 ) { n 3 + ( 3 − 2 ) n 2 + ( 3 − 1 − 2 ) n + ( 1 − 1 ) }
= 1 4 ( n + 1 ) ( n 3 + n 2 )
= 1 4 ( n 4 + n 3 + n 3 + n 2 )
= 1 4 ( n 4 + 2 n 3 + n 2 )
= 1 4 n 2 ( n 2 + 2 n + 1 )
= { 1 2 n ( n + 1 ) } 2
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最終更新日: 2024年7月3日
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