与えられた4つの数列の和を求める問題です。 (1) $\sum_{k=1}^{n} 6k^2$ (2) $\sum_{k=1}^{n} (2k^2+1)$ (3) $\sum_{k=1}^{n} k(3k-1)$ (4) $\sum_{k=1}^{n} (k-1)(k+2)$

代数学数列シグマ和の公式
2025/5/16

1. 問題の内容

与えられた4つの数列の和を求める問題です。
(1) k=1n6k2\sum_{k=1}^{n} 6k^2
(2) k=1n(2k2+1)\sum_{k=1}^{n} (2k^2+1)
(3) k=1nk(3k1)\sum_{k=1}^{n} k(3k-1)
(4) k=1n(k1)(k+2)\sum_{k=1}^{n} (k-1)(k+2)

2. 解き方の手順

数列の和の公式を利用して、それぞれの和を計算します。
k=1nk=n(n+1)2\sum_{k=1}^{n} k = \frac{n(n+1)}{2}
k=1nk2=n(n+1)(2n+1)6\sum_{k=1}^{n} k^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6}
k=1nk3=(n(n+1)2)2\sum_{k=1}^{n} k^3 = (\frac{n(n+1)}{2})^2
(1) k=1n6k2=6k=1nk2=6n(n+1)(2n+1)6=n(n+1)(2n+1)\sum_{k=1}^{n} 6k^2 = 6\sum_{k=1}^{n} k^2 = 6\frac{n(n+1)(2n+1)}{6} = n(n+1)(2n+1)
(2) k=1n(2k2+1)=2k=1nk2+k=1n1=2n(n+1)(2n+1)6+n=n(n+1)(2n+1)3+n=n(2n2+3n+1+3)3=n(2n2+3n+4)3\sum_{k=1}^{n} (2k^2+1) = 2\sum_{k=1}^{n} k^2 + \sum_{k=1}^{n} 1 = 2\frac{n(n+1)(2n+1)}{6} + n = \frac{n(n+1)(2n+1)}{3} + n = \frac{n(2n^2+3n+1+3)}{3} = \frac{n(2n^2+3n+4)}{3}
(3) k=1nk(3k1)=k=1n(3k2k)=3k=1nk2k=1nk=3n(n+1)(2n+1)6n(n+1)2=n(n+1)(2n+1)2n(n+1)2=n(n+1)(2n+11)2=n(n+1)(2n)2=n2(n+1)\sum_{k=1}^{n} k(3k-1) = \sum_{k=1}^{n} (3k^2-k) = 3\sum_{k=1}^{n} k^2 - \sum_{k=1}^{n} k = 3\frac{n(n+1)(2n+1)}{6} - \frac{n(n+1)}{2} = \frac{n(n+1)(2n+1)}{2} - \frac{n(n+1)}{2} = \frac{n(n+1)(2n+1-1)}{2} = \frac{n(n+1)(2n)}{2} = n^2(n+1)
(4) k=1n(k1)(k+2)=k=1n(k2+k2)=k=1nk2+k=1nkk=1n2=n(n+1)(2n+1)6+n(n+1)22n=n(n+1)(2n+1)+3n(n+1)12n6=n[(n+1)(2n+1)+3(n+1)12]6=n[2n2+3n+1+3n+312]6=n(2n2+6n8)6=n(n2+3n4)3=n(n+4)(n1)3\sum_{k=1}^{n} (k-1)(k+2) = \sum_{k=1}^{n} (k^2+k-2) = \sum_{k=1}^{n} k^2 + \sum_{k=1}^{n} k - \sum_{k=1}^{n} 2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} + \frac{n(n+1)}{2} - 2n = \frac{n(n+1)(2n+1) + 3n(n+1) - 12n}{6} = \frac{n[(n+1)(2n+1) + 3(n+1) - 12]}{6} = \frac{n[2n^2+3n+1+3n+3-12]}{6} = \frac{n(2n^2+6n-8)}{6} = \frac{n(n^2+3n-4)}{3} = \frac{n(n+4)(n-1)}{3}

3. 最終的な答え

(1) n(n+1)(2n+1)n(n+1)(2n+1)
(2) n(2n2+3n+4)3\frac{n(2n^2+3n+4)}{3}
(3) n2(n+1)n^2(n+1)
(4) n(n+4)(n1)3\frac{n(n+4)(n-1)}{3}

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