与えられた数列の和を計算する問題です。数列の一般項は $\sqrt{k+3} - \sqrt{k+2}$ であり、$k$ が1から $n$ まで変化するときの総和を求めます。すなわち、 $$ \sum_{k=1}^n (\sqrt{k+3} - \sqrt{k+2}) $$ を計算します。

解析学数列級数テレスコーピング和和の計算
2025/6/28

1. 問題の内容

与えられた数列の和を計算する問題です。数列の一般項は k+3k+2\sqrt{k+3} - \sqrt{k+2} であり、kk が1から nn まで変化するときの総和を求めます。すなわち、
k=1n(k+3k+2) \sum_{k=1}^n (\sqrt{k+3} - \sqrt{k+2})
を計算します。

2. 解き方の手順

この和は、隣接する項が打ち消しあう「望遠鏡和(テレスコーピング和)」の形になっています。具体的に書き下してみると、
\begin{align*}
\sum_{k=1}^n (\sqrt{k+3} - \sqrt{k+2}) &= (\sqrt{4} - \sqrt{3}) + (\sqrt{5} - \sqrt{4}) + (\sqrt{6} - \sqrt{5}) + \dots \\
&\quad + (\sqrt{n+1} - \sqrt{n}) + (\sqrt{n+2} - \sqrt{n+1}) + (\sqrt{n+3} - \sqrt{n+2})
\end{align*}
となります。
このとき、3-\sqrt{3} は打ち消されず残り、n+3\sqrt{n+3}も打ち消されず残ります。したがって、和は
n+3+n+2+n+1+4(3+4++n+2) \sqrt{n+3} + \sqrt{n+2} + \sqrt{n+1} + \sqrt{4} -(\sqrt{3} + \sqrt{4} + \dots + \sqrt{n+2})
最初の項から順番に打ち消しあうことを考えると、最終的に残るのは 3-\sqrt{3}n+3\sqrt{n+3} の項だけです。つまり、
k=1n(k+3k+2)=n+33 \sum_{k=1}^n (\sqrt{k+3} - \sqrt{k+2}) = \sqrt{n+3} - \sqrt{3}

3. 最終的な答え

最終的な答えは、
n+33 \sqrt{n+3} - \sqrt{3}
となります。

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