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連続する自然数の積の和について

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連続する自然数の積の和について

※この記事は記事投稿の練習も兼ねています.

先日計算をΣの計算を見ていたとき,こんな数式に出会いました.

$$\sum_{k=1}^{n}k(k+1)=\frac{1}{3}n(n+1)(n+2)$$

そしてこれを見たとき,ふと次の式が頭に思い浮かびます.

$$\sum_{k=1}^{n}k=\frac{1}{2}n(n+1)$$

なんだか似てますね。これってもしかして一般化できるのでは?ってことで考えてみると,こんな式が成り立ちそう.

$2$以上の任意の自然数$m$に対して,
$$\sum_{k=1}^{n}k(k+1)\times\cdots\times(k+m-2)=\frac{1}{m}n(n+1)\times\cdots\times(n+m-1)\tag{1}$$

これを証明してみようと思います.

\eqref{1}の両辺を$m$倍した式
$$m\sum_{k=1}^{n}k(k+1)\times\cdots\times(k+m-2)=n(n+1)\times\cdots\times(n+m-1) \tag{2}$$
を示す.
$$\quad (右辺)\\ =\sum_{k=1}^{n}mk(k+1)\times\cdots\times(k+m-2)\\ =\sum_{k=1}^{n}\{m+(k-1)-(k-1)\}k(k+1)\times \cdots\times(k+m-2)\\ =\sum_{k=1}^{n}\{(k+m-1)-(k-1)\}k(k+1)\times \cdots\times(k+m-2)\\ =\sum_{k=1}^{n}k(k+1)\times \cdots\times(k+m-2)(k+m-1)-(k-1)k(k+1) \times\cdots\times(k+m-2)\\ =[(1\times2\times \times\cdots\times m)-\{0\times1\times\cdots\times(m-1)\}]+\\ \qquad +[\{2\times3\times \times\cdots\times (m+1)\}-(1\times2\times\cdots\times m)]+\cdots\\ \qquad +\{n(n+1)\times\cdots\times(n+m-1)\}-\{(n-1)n\times\cdots\times(n+m-2)\}\\ =n(n+1)\times\cdots\times(n+m-1)\\ =(左辺) $$
よって,\eqref{2}が成り立つ.
したがって,予想が成り立つことが証明された.

投稿日:2022129
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