次の和 $S$ を求める問題です。 $S = \frac{1}{\sqrt{1} + \sqrt{2}} + \frac{1}{\sqrt{2} + \sqrt{3}} + \frac{1}{\sqrt{3} + \sqrt{4}} + \cdots + \frac{1}{\sqrt{n} + \sqrt{n+1}}$

解析学級数有理化telescoping sum根号
2025/6/26

1. 問題の内容

次の和 SS を求める問題です。
S=11+2+12+3+13+4++1n+n+1S = \frac{1}{\sqrt{1} + \sqrt{2}} + \frac{1}{\sqrt{2} + \sqrt{3}} + \frac{1}{\sqrt{3} + \sqrt{4}} + \cdots + \frac{1}{\sqrt{n} + \sqrt{n+1}}

2. 解き方の手順

各項の分母を有理化します。
1k+k+1=kk+1(k+k+1)(kk+1)=kk+1k(k+1)=kk+11=k+1k\frac{1}{\sqrt{k} + \sqrt{k+1}} = \frac{\sqrt{k} - \sqrt{k+1}}{(\sqrt{k} + \sqrt{k+1})(\sqrt{k} - \sqrt{k+1})} = \frac{\sqrt{k} - \sqrt{k+1}}{k - (k+1)} = \frac{\sqrt{k} - \sqrt{k+1}}{-1} = \sqrt{k+1} - \sqrt{k}
したがって、
S=(21)+(32)+(43)++(n+1n)S = (\sqrt{2} - \sqrt{1}) + (\sqrt{3} - \sqrt{2}) + (\sqrt{4} - \sqrt{3}) + \cdots + (\sqrt{n+1} - \sqrt{n})
これはtelescoping sum(隣り合う項同士で打ち消しあう和)です。
S=1+(22)+(33)++(nn)+n+1S = -\sqrt{1} + (\sqrt{2} - \sqrt{2}) + (\sqrt{3} - \sqrt{3}) + \cdots + (\sqrt{n} - \sqrt{n}) + \sqrt{n+1}
S=1+n+1S = -1 + \sqrt{n+1}
S=n+11S = \sqrt{n+1} - 1

3. 最終的な答え

S=n+11S = \sqrt{n+1} - 1

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