等差数列
著者:梅谷 武
語句:三角数,偶数,奇数,平方数,等差数列,初項,公差
三角数・平方数と等差数列の和。
作成:2006-04-16
更新:2013-06-14
まず1から5までの和を求めてみることにしましょう。図のように1個から5個までの小石を三角に並べて、それを二つ合わせて長方形を作ります。この長方形の小石の数を横方向の行の長さ6で計ると5になります。6×5=30ですから、求める和はこれを2で割った15となります。これと同じように考えれば、1から100までの和は101×100=10100を2で割って5050と求めることができます。
小石が三角形に並んでいることからこの数は
三角数さんかくすう, trianglar numberと呼ばれています。
n番目の三角数を
Δnあるいは
Δ(n)と書くことにします。この計算法は1からどんな自然数nまでの和についても同じように使うことができますから次のような公式が得られます。
まず
2から
10までの偶数の和を求めてみることにしましょう。偶数は
2で割り切れるので例題1.6.1の解法で最後に
2で割ることを省略すれば結果が出てきます。
2+4+6+8+10 = 2(1+2+3+4+5) = 2Δ5 = 5×6 = 30
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このやり方を使うと例題は次のように計算することができます。
2+4+6+ ⋯ +100 = 2(1+2+3+ ⋯ +50) = 2Δ50 = 50×51 = 2550
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これは前の公式を二倍した次のような公式を使っていることになります。
(1.2) | 2+4+6+ ⋯ + 2n = 2Δn = n(n+1)
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すぐに気が付くように例題1.6.1の答え
5050から例題1.6.2の答え
2550を引けば答え
2500が出てきます。これを任意の数
nに拡張してみます。
(1+2+3+ ⋯ + 2n) - (2+4+6+ ⋯ + 2n) |
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これにより次の公式が求まりました。
図において
Δ5+Δ6=62が成り立つことが示されていますが、このように連続する三角数を加えると平方数になります。
同じようにして一般の
等差数列とうさすうれつ, arithmetic sequenceの和も求めることができます。
初項しょこう, first termが
a、
公差こうさ, common differenceが
dの等差数列を考えましょう。第
n項は
an = a + (n-1)dで表すことができます。
a1=a, a2=a+d, ⋯ , an-1=a+(n-2)d, an=a+(n-1)d
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これを反対に並べます。
an=a+(n-1)d, an-1=a+(n-2)d, ⋯ , a2=a+d, a1=a
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これらの二つの和を求めます。
| | (a1+a2+ ⋯ + an-1+an) + (an+an-1+ ⋯ +a2+a1) |
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| | (a1+an) + (a2+an-1) + ⋯ + (an-1+a2) + (an+a1) |
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このことから等差数列の和の公式を導くことができました。
数 学
三角数 さんかくすう, trianglar number
偶数 ぐうすう, even number
奇数 きすう, odd number
平方数 へいほうすう, square number
等差数列 とうさすうれつ, arithmetic sequence
初項 しょこう, first term
公差 こうさ, common difference