(1) 次の和を求めよ。 (i) $\sum_{k=1}^{n} (4k+3) = \boxed{1} n^2 + \boxed{2} n$ (ii) $\sum_{k=1}^{n} \frac{1}{(2k-1)(2k+1)} = \frac{n}{\boxed{3} n + \boxed{4}}$

代数学数列シグマ部分分数分解級数
2025/7/13

1. 問題の内容

(1) 次の和を求めよ。
(i) k=1n(4k+3)=1n2+2n\sum_{k=1}^{n} (4k+3) = \boxed{1} n^2 + \boxed{2} n
(ii) k=1n1(2k1)(2k+1)=n3n+4\sum_{k=1}^{n} \frac{1}{(2k-1)(2k+1)} = \frac{n}{\boxed{3} n + \boxed{4}}

2. 解き方の手順

(i) k=1n(4k+3)\sum_{k=1}^{n} (4k+3)を計算する。
k=1n(4k+3)=4k=1nk+k=1n3\sum_{k=1}^{n} (4k+3) = 4\sum_{k=1}^{n} k + \sum_{k=1}^{n} 3
=4n(n+1)2+3n= 4 \cdot \frac{n(n+1)}{2} + 3n
=2n(n+1)+3n= 2n(n+1) + 3n
=2n2+2n+3n= 2n^2 + 2n + 3n
=2n2+5n= 2n^2 + 5n
よって、2n2+5n=2n2+5n2n^2 + 5n = \boxed{2}n^2 + \boxed{5}n
(ii) k=1n1(2k1)(2k+1)\sum_{k=1}^{n} \frac{1}{(2k-1)(2k+1)}を計算する。
1(2k1)(2k+1)=A2k1+B2k+1\frac{1}{(2k-1)(2k+1)} = \frac{A}{2k-1} + \frac{B}{2k+1}とおく。
1=A(2k+1)+B(2k1)1 = A(2k+1) + B(2k-1)
1=(2A+2B)k+(AB)1 = (2A+2B)k + (A-B)
よって、2A+2B=02A+2B = 0かつAB=1A-B=1
A+B=0A+B=0かつAB=1A-B=1
2A=12A=1よりA=12A=\frac{1}{2}
B=A=12B = -A = -\frac{1}{2}
1(2k1)(2k+1)=1/22k11/22k+1=12(12k112k+1)\frac{1}{(2k-1)(2k+1)} = \frac{1/2}{2k-1} - \frac{1/2}{2k+1} = \frac{1}{2}(\frac{1}{2k-1} - \frac{1}{2k+1})
k=1n1(2k1)(2k+1)=12k=1n(12k112k+1)\sum_{k=1}^{n} \frac{1}{(2k-1)(2k+1)} = \frac{1}{2} \sum_{k=1}^{n} (\frac{1}{2k-1} - \frac{1}{2k+1})
=12[(1113)+(1315)++(12n112n+1)]= \frac{1}{2}[(\frac{1}{1} - \frac{1}{3}) + (\frac{1}{3} - \frac{1}{5}) + \dots + (\frac{1}{2n-1} - \frac{1}{2n+1})]
=12(112n+1)= \frac{1}{2} (1 - \frac{1}{2n+1})
=12(2n+112n+1)= \frac{1}{2} (\frac{2n+1-1}{2n+1})
=12(2n2n+1)= \frac{1}{2} (\frac{2n}{2n+1})
=n2n+1= \frac{n}{2n+1}
2n+1=2n+12n+1 = \boxed{2}n + \boxed{1}

3. 最終的な答え

(i) 2n2+5n\boxed{2} n^2 + \boxed{5} n
(ii) n2n+1\frac{n}{\boxed{2} n + \boxed{1}}

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