(1) 美しい等式の数学的帰納法による証明
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( 1 + 2 + 3 + ・・・ + n ) 2 = 13 + 23 + 33 + ・・・ + n3
n = 1 のとき、左辺も右辺も 1 だから、この等式は成り立つ。
n = k のとき、この等式が成り立つと仮定する。
( 1 + 2 + 3 + ・・・ + k ) 2 = 13 + 23 + 33 + ・・・ + k3
n = k+1 のとき、
(左辺)= { 1 + 2 + 3 + ・・・ + (k+1) }2
= { (k+1)(k+2) / 2 } 2
= ( k2 + 3k + 2 ) 2 / 4
= ( k4 + 6k3 + 13k2 + 12k + 4 ) / 4
(右辺)= 13 + 23 + 33 + ・・・ + k3 + (k+1)3
= ( 1 + 2 + 3 + ・・・ + k ) 2 + (k+1)3
= { k(k+1) / 2 } 2 + (k+1)3
= ( k4 + 2k3 + k2 ) / 4 + k3 + 3k2 + 3k + 1
= ( k4 + 6k3 + 13k2 + 12k + 4 ) / 4
(左辺)=(右辺)だからこの式が成り立っている。
というわけで、数学的帰納法にて、次の等式が成り立つことが分った。
( 1 + 2 + 3 + ・・・ + n ) 2 = 13 + 23 + 33 + ・・・ + n3
m 段目( 第 m 群目 )の左端( 最初 )の数は、
1 + 2×{ 1 + 2 + 3 + (m−1)} =→ 1 + m (m−1) =→ m2 − m + 1
m 段目( 第 m 群目 )の右端( 最後 )の数は、
{ (m+1)2 − (m+1) + 1 } − 2 =→ m2 + m − 1
m 段目( 第 m 群目 )の奇数の数は、 m 個
m 段目( 第 m 群目 )までの奇数の数は、
1 + 2 + 3 + ・・・ + m =→ m (m+1) / 2 (個)
m 段目( 第 m 群目 )の奇数の総和は、
m × { ( m 2 − m + 1 ) + ( m2 + m − 1 ) } / 2 =→ m3
m 段目( 第 m 群目 )までの奇数の総和は、
13 + 23 + 33 + ・・・ + m3 ・・・ @
m 段目( 第 m 群目 )までの奇数の総和は、
1 + 3 + 5 + ・・・ + ( m 2 + m − 1 )
=→ ( m 2 + m ) × { m ( m+1) / 2 } / 2
=→ { m (m+1) / 2 } 2
=→ ( 1 + 2 + 3 + ・・・ + m ) 2 ・・・ A
@ = A より、
( 1 + 2 + 3 + ・・・ + m ) 2 = 13 + 23 + 33 + ・・・ + m3
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