次の6つの和の計算問題を解きます。 (1) $\sum_{k=1}^{5} 2k$ (2) $\sum_{k=1}^{5} \frac{1}{5}k^2$ (3) $\sum_{t=1}^{5} (t^2 - 5t - 6)$ (4) $\sum_{k=1}^{4} (3^k - 2^k)$ (5) $\sum_{i=1}^{4} \sum_{j=1}^{4} (2i - j)$ (6) $\sum_{i=1}^{4} \sum_{j=1}^{i} (2i - j)$

解析学級数シグマ記号数列の和
2025/7/7

1. 問題の内容

次の6つの和の計算問題を解きます。
(1) k=152k\sum_{k=1}^{5} 2k
(2) k=1515k2\sum_{k=1}^{5} \frac{1}{5}k^2
(3) t=15(t25t6)\sum_{t=1}^{5} (t^2 - 5t - 6)
(4) k=14(3k2k)\sum_{k=1}^{4} (3^k - 2^k)
(5) i=14j=14(2ij)\sum_{i=1}^{4} \sum_{j=1}^{4} (2i - j)
(6) i=14j=1i(2ij)\sum_{i=1}^{4} \sum_{j=1}^{i} (2i - j)

2. 解き方の手順

(1) k=152k=2k=15k=25(5+1)2=56=30\sum_{k=1}^{5} 2k = 2\sum_{k=1}^{5} k = 2 \cdot \frac{5(5+1)}{2} = 5 \cdot 6 = 30
(2) k=1515k2=15k=15k2=155(5+1)(25+1)6=1556116=11\sum_{k=1}^{5} \frac{1}{5}k^2 = \frac{1}{5} \sum_{k=1}^{5} k^2 = \frac{1}{5} \cdot \frac{5(5+1)(2\cdot 5 + 1)}{6} = \frac{1}{5} \cdot \frac{5 \cdot 6 \cdot 11}{6} = 11
(3) t=15(t25t6)=t=15t25t=15tt=156\sum_{t=1}^{5} (t^2 - 5t - 6) = \sum_{t=1}^{5} t^2 - 5\sum_{t=1}^{5} t - \sum_{t=1}^{5} 6
=5(5+1)(25+1)655(5+1)265=56116556230=557530=50= \frac{5(5+1)(2\cdot 5 + 1)}{6} - 5 \cdot \frac{5(5+1)}{2} - 6 \cdot 5 = \frac{5 \cdot 6 \cdot 11}{6} - \frac{5 \cdot 5 \cdot 6}{2} - 30 = 55 - 75 - 30 = -50
(4) k=14(3k2k)=k=143kk=142k=3(341)312(241)21=3(811)22(161)=3802215=12030=90\sum_{k=1}^{4} (3^k - 2^k) = \sum_{k=1}^{4} 3^k - \sum_{k=1}^{4} 2^k = \frac{3(3^4 - 1)}{3-1} - \frac{2(2^4 - 1)}{2-1} = \frac{3(81 - 1)}{2} - 2(16-1) = \frac{3 \cdot 80}{2} - 2 \cdot 15 = 120 - 30 = 90
(5) i=14j=14(2ij)=i=14(j=142ij=14j)=i=14(2i44(4+1)2)=i=14(8i10)=8i=14ii=1410=84(4+1)2104=81040=8040=40\sum_{i=1}^{4} \sum_{j=1}^{4} (2i - j) = \sum_{i=1}^{4} \left( \sum_{j=1}^{4} 2i - \sum_{j=1}^{4} j \right) = \sum_{i=1}^{4} \left( 2i \cdot 4 - \frac{4(4+1)}{2} \right) = \sum_{i=1}^{4} (8i - 10) = 8 \sum_{i=1}^{4} i - \sum_{i=1}^{4} 10 = 8 \cdot \frac{4(4+1)}{2} - 10 \cdot 4 = 8 \cdot 10 - 40 = 80 - 40 = 40
(6) i=14j=1i(2ij)=i=14(j=1i2ij=1ij)=i=14(2iii(i+1)2)=i=14(2i2i2+i2)=i=14(4i2i2i2)=i=14(3i2i2)=12i=14(3i2i)=12(3i=14i2i=14i)=12(34(4+1)(24+1)64(4+1)2)=12(34596452)=12(33010)=12(9010)=1280=40\sum_{i=1}^{4} \sum_{j=1}^{i} (2i - j) = \sum_{i=1}^{4} \left( \sum_{j=1}^{i} 2i - \sum_{j=1}^{i} j \right) = \sum_{i=1}^{4} \left( 2i \cdot i - \frac{i(i+1)}{2} \right) = \sum_{i=1}^{4} \left( 2i^2 - \frac{i^2 + i}{2} \right) = \sum_{i=1}^{4} \left( \frac{4i^2 - i^2 - i}{2} \right) = \sum_{i=1}^{4} \left( \frac{3i^2 - i}{2} \right) = \frac{1}{2} \sum_{i=1}^{4} (3i^2 - i) = \frac{1}{2} \left( 3\sum_{i=1}^{4} i^2 - \sum_{i=1}^{4} i \right) = \frac{1}{2} \left( 3 \cdot \frac{4(4+1)(2\cdot 4 + 1)}{6} - \frac{4(4+1)}{2} \right) = \frac{1}{2} \left( 3 \cdot \frac{4 \cdot 5 \cdot 9}{6} - \frac{4 \cdot 5}{2} \right) = \frac{1}{2} (3 \cdot 30 - 10) = \frac{1}{2} (90 - 10) = \frac{1}{2} \cdot 80 = 40

3. 最終的な答え

(1) 30
(2) 11
(3) -50
(4) 90
(5) 40
(6) 40

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