与えられた数列の和を計算する問題です。具体的には、$\sum_{k=1}^{n} \frac{6}{\sqrt{k^2+k}}$ を計算します。

解析学級数数列積分近似数値積分ルート
2025/5/13

1. 問題の内容

与えられた数列の和を計算する問題です。具体的には、k=1n6k2+k\sum_{k=1}^{n} \frac{6}{\sqrt{k^2+k}} を計算します。

2. 解き方の手順

まず、分母にある根号の中身を k(k+1)k(k+1) と因数分解します。すると、与えられた式は k=1n6k(k+1)\sum_{k=1}^{n} \frac{6}{\sqrt{k(k+1)}} となります。
次に、k(k+1)k(k+1)kkk+1k+1 という連続する整数の積なので、k(k+1)kk+1\sqrt{k(k+1)} \approx \sqrt{k} \sqrt{k+1}と近似できます。厳密には、これは等しくありません。
しかし、問題文に与えられた式は、k2+k\sqrt{k^2+k} であり、これは6k2+k\frac{6}{\sqrt{k^2+k}} = 6k(k+1)\frac{6}{\sqrt{k(k+1)}}となります。
この形のままでは、単純な公式が適用できないため、近似や他の手法が必要となります。
近似は困難であるため、問題に誤りがないか確認します。問題に誤りがないと仮定すると、計算機を使っていくつかのnの値で近似値を計算し、そこから一般的な式を推測します。
しかし、この問題は高校数学の範囲を超える可能性が高いため、nの値が十分に大きい場合、積分による近似も検討できます。
1n6x2+xdx\int_1^n \frac{6}{\sqrt{x^2+x}} dx
この積分も解析的に解くのは難しいですが、数値積分を使うことで近似解を得ることができます。
正確な解を求めるのは難しいですが、近似解としては、与えられた数列の各項を計算して足し合わせることで求められます。

3. 最終的な答え

この問題に対する正確な閉じた形での解は存在しない可能性が高いです。もし問題が k=1n1k(k+1)\sum_{k=1}^{n} \frac{1}{k(k+1)} などのような単純な形であれば、部分分数分解を利用して簡単に計算できます。しかし、今回の問題は k(k+1)\sqrt{k(k+1)} が分母にあるため、そのような手法は使えません。
そのため、最終的な答えとしては、nn を具体的な数値として与えて、それぞれの kk に対して 6k2+k\frac{6}{\sqrt{k^2+k}} を計算し、それらを足し合わせることで近似値を求めることが現実的な解決策となります。もしくは数値積分で近似することも可能です。
したがって、現時点では、一般的な nn に対する閉じた形での解答は難しいという結論になります。

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