次の和を求める問題です。 (1) $\sum_{k=1}^{n} (2k+1)$ (2) $\sum_{k=1}^{n} (k^2 + 5k)$ (3) $\sum_{k=1}^{n} (k^2 + 3k - 1)$ (4) $\sum_{k=1}^{n} (2k+1)^3$ (5) $\sum_{k=1}^{n} (k-1)(2k+3)$

代数学数列シグマ和の公式
2025/7/17

1. 問題の内容

次の和を求める問題です。
(1) k=1n(2k+1)\sum_{k=1}^{n} (2k+1)
(2) k=1n(k2+5k)\sum_{k=1}^{n} (k^2 + 5k)
(3) k=1n(k2+3k1)\sum_{k=1}^{n} (k^2 + 3k - 1)
(4) k=1n(2k+1)3\sum_{k=1}^{n} (2k+1)^3
(5) k=1n(k1)(2k+3)\sum_{k=1}^{n} (k-1)(2k+3)

2. 解き方の手順

(1)
k=1n(2k+1)=2k=1nk+k=1n1=2n(n+1)2+n=n(n+1)+n=n2+n+n=n2+2n=n(n+2)\sum_{k=1}^{n} (2k+1) = 2\sum_{k=1}^{n} k + \sum_{k=1}^{n} 1 = 2 \cdot \frac{n(n+1)}{2} + n = n(n+1) + n = n^2 + n + n = n^2 + 2n = n(n+2)
(2)
k=1n(k2+5k)=k=1nk2+5k=1nk=n(n+1)(2n+1)6+5n(n+1)2=n(n+1)(2n+1)+15n(n+1)6=n(n+1)(2n+1+15)6=n(n+1)(2n+16)6=2n(n+1)(n+8)6=n(n+1)(n+8)3\sum_{k=1}^{n} (k^2 + 5k) = \sum_{k=1}^{n} k^2 + 5\sum_{k=1}^{n} k = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} + 5 \cdot \frac{n(n+1)}{2} = \frac{n(n+1)(2n+1) + 15n(n+1)}{6} = \frac{n(n+1)(2n+1+15)}{6} = \frac{n(n+1)(2n+16)}{6} = \frac{2n(n+1)(n+8)}{6} = \frac{n(n+1)(n+8)}{3}
(3)
k=1n(k2+3k1)=k=1nk2+3k=1nkk=1n1=n(n+1)(2n+1)6+3n(n+1)2n=n(n+1)(2n+1)+9n(n+1)6n6=n(n+1)(2n+1+9)6n6=n(n+1)(2n+10)6n6=2n(n+1)(n+5)6n6=n(2(n+1)(n+5)6)6=n(2(n2+6n+5)6)6=n(2n2+12n+106)6=n(2n2+12n+4)6=2n(n2+6n+2)6=n(n2+6n+2)3\sum_{k=1}^{n} (k^2 + 3k - 1) = \sum_{k=1}^{n} k^2 + 3\sum_{k=1}^{n} k - \sum_{k=1}^{n} 1 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} + 3 \cdot \frac{n(n+1)}{2} - n = \frac{n(n+1)(2n+1) + 9n(n+1) - 6n}{6} = \frac{n(n+1)(2n+1+9) - 6n}{6} = \frac{n(n+1)(2n+10) - 6n}{6} = \frac{2n(n+1)(n+5) - 6n}{6} = \frac{n(2(n+1)(n+5) - 6)}{6} = \frac{n(2(n^2 + 6n + 5) - 6)}{6} = \frac{n(2n^2 + 12n + 10 - 6)}{6} = \frac{n(2n^2 + 12n + 4)}{6} = \frac{2n(n^2 + 6n + 2)}{6} = \frac{n(n^2 + 6n + 2)}{3}
(4)
k=1n(2k+1)3=k=1n(8k3+12k2+6k+1)=8k=1nk3+12k=1nk2+6k=1nk+k=1n1=8(n(n+1)2)2+12n(n+1)(2n+1)6+6n(n+1)2+n=8n2(n+1)24+2n(n+1)(2n+1)+3n(n+1)+n=2n2(n+1)2+2n(n+1)(2n+1)+3n(n+1)+n=2n2(n2+2n+1)+2n(2n2+3n+1)+3n2+3n+n=2n4+4n3+2n2+4n3+6n2+2n+3n2+4n=2n4+8n3+11n2+6n=n(2n3+8n2+11n+6)\sum_{k=1}^{n} (2k+1)^3 = \sum_{k=1}^{n} (8k^3 + 12k^2 + 6k + 1) = 8\sum_{k=1}^{n} k^3 + 12\sum_{k=1}^{n} k^2 + 6\sum_{k=1}^{n} k + \sum_{k=1}^{n} 1 = 8(\frac{n(n+1)}{2})^2 + 12\frac{n(n+1)(2n+1)}{6} + 6\frac{n(n+1)}{2} + n = 8\frac{n^2(n+1)^2}{4} + 2n(n+1)(2n+1) + 3n(n+1) + n = 2n^2(n+1)^2 + 2n(n+1)(2n+1) + 3n(n+1) + n = 2n^2(n^2+2n+1) + 2n(2n^2+3n+1) + 3n^2 + 3n + n = 2n^4+4n^3+2n^2 + 4n^3 + 6n^2 + 2n + 3n^2 + 4n = 2n^4 + 8n^3 + 11n^2 + 6n = n(2n^3 + 8n^2 + 11n + 6)
(5)
k=1n(k1)(2k+3)=k=1n(2k2+3k2k3)=k=1n(2k2+k3)=2k=1nk2+k=1nk3k=1n1=2n(n+1)(2n+1)6+n(n+1)23n=n(n+1)(2n+1)3+n(n+1)23n=2n(n+1)(2n+1)+3n(n+1)18n6=n(2(n+1)(2n+1)+3(n+1)18)6=n(2(2n2+3n+1)+3n+318)6=n(4n2+6n+2+3n15)6=n(4n2+9n13)6\sum_{k=1}^{n} (k-1)(2k+3) = \sum_{k=1}^{n} (2k^2 + 3k - 2k - 3) = \sum_{k=1}^{n} (2k^2 + k - 3) = 2\sum_{k=1}^{n} k^2 + \sum_{k=1}^{n} k - 3\sum_{k=1}^{n} 1 = 2\frac{n(n+1)(2n+1)}{6} + \frac{n(n+1)}{2} - 3n = \frac{n(n+1)(2n+1)}{3} + \frac{n(n+1)}{2} - 3n = \frac{2n(n+1)(2n+1) + 3n(n+1) - 18n}{6} = \frac{n(2(n+1)(2n+1) + 3(n+1) - 18)}{6} = \frac{n(2(2n^2+3n+1) + 3n + 3 - 18)}{6} = \frac{n(4n^2+6n+2 + 3n - 15)}{6} = \frac{n(4n^2+9n-13)}{6}

3. 最終的な答え

(1) n(n+2)n(n+2)
(2) n(n+1)(n+8)3\frac{n(n+1)(n+8)}{3}
(3) n(n2+6n+2)3\frac{n(n^2 + 6n + 2)}{3}
(4) n(2n3+8n2+11n+6)n(2n^3 + 8n^2 + 11n + 6)
(5) n(4n2+9n13)6\frac{n(4n^2+9n-13)}{6}

「代数学」の関連問題

分数式 $\frac{3x-2}{6} - \frac{2x-3}{9}$ を計算し、できる限り簡単にします。

分数計算式の計算
2025/7/17

長さが $x$ m のロープがあり、そのロープを使って囲まれた図形を作る。その図形の面積を $y$ m$^2$ とする。面積 $y$ が最大になるときの $x$ の値を求めよ。ただし、図形の形状は不明...

最大化2次関数面積長方形
2025/7/17

連続する3つの整数があり、最小の数を $x$ とする。 (1) 最小の数の平方と中央の数の平方の和を、$x$ を用いて表し、$ax^2 + bx + 1$ の形にするとき、$a$ と $b$ を求める...

二次方程式整数式の展開因数分解
2025/7/17

家から図書館まで1.2kmの道のりを、最初は毎分50mの速さで歩き、途中から毎分100mの速さで走った。家を出てから15分で図書館に着いたとき、歩いた時間を$x$分、走った時間を$y$分とする。 (1...

連立方程式文章問題距離速さ時間
2025/7/17

与えられた計算問題を解く。問題は以下の4つである。 (1) $6 + 10 \div (-2)$ (2) $3(2x+3) - 2(x-3)$ (3) $4 \times (-3) - (-6) \d...

四則演算一次方程式分数計算分配法則
2025/7/17

ゆかさんが80円のトマトと90円のキウイを合わせて7個買いました。トマトの個数を $x$ とするとき、以下の問いに答えます。 (1) キウイの個数を $x$ を使って表しなさい。 (2) 合計金額が6...

一次方程式文章問題数量関係
2025/7/17

カードを何人かの子供に配る問題で、子供の人数を $x$ 人とします。 (1) 3枚ずつ配ると2枚余る時、カードの枚数を $x$ で表す。 (2) 4枚ずつ配ると6枚足りない時、カードの枚数を $x$ ...

一次方程式文章問題数量関係
2025/7/17

問題文は、ある図形(図は省略されている)の一辺の長さを $x$ m、面積を $y$ m$^2$ とするとき、面積 $y$ が最大になる時の $x$ の値を求める問題です。また、問題文の下には、「アの長...

最大値二次関数長方形平方完成面積
2025/7/17

与えられた5x5行列の行列式を計算する問題です。 行列は次の通りです。 $\begin{pmatrix} 0 & -2 & 2 & 2 & 1 \\ -1 & 0 & 0 & -2 & 0 \\ 1 ...

行列式線形代数行列
2025/7/17

与えられた2次関数 $y = x^2 - 4x + 3$ (定義域は $0 \le x \le 3$) について、平方完成された形$y = (x-p)^2 + q$を求め、グラフを描き、定義域における...

二次関数平方完成最大値最小値グラフ
2025/7/17