以下の6つの数列の和を計算します。 (1) $\sum_{k=1}^{n} (2k-7)$ (2) $\sum_{k=1}^{n} (5k^2-4k+2)$ (3) $\sum_{k=1}^{n} (4k^3-1)$ (4) $\sum_{k=1}^{n} k(k+1)$ (5) $\sum_{m=1}^{n} (3m-1)^2$ (6) $\sum_{k=1}^{n} (3^k + 2)$

代数学数列シグマ級数和の公式
2025/5/21
はい、承知いたしました。画像に写っている問題のうち、問題(1)〜(6)を解きます。

1. 問題の内容

以下の6つの数列の和を計算します。
(1) k=1n(2k7)\sum_{k=1}^{n} (2k-7)
(2) k=1n(5k24k+2)\sum_{k=1}^{n} (5k^2-4k+2)
(3) k=1n(4k31)\sum_{k=1}^{n} (4k^3-1)
(4) k=1nk(k+1)\sum_{k=1}^{n} k(k+1)
(5) m=1n(3m1)2\sum_{m=1}^{n} (3m-1)^2
(6) k=1n(3k+2)\sum_{k=1}^{n} (3^k + 2)

2. 解き方の手順

数列の和の公式を利用して計算します。
(1) k=1n(2k7)=2k=1nkk=1n7=2n(n+1)27n=n(n+1)7n=n2+n7n=n26n\sum_{k=1}^{n} (2k-7) = 2 \sum_{k=1}^{n} k - \sum_{k=1}^{n} 7 = 2 \cdot \frac{n(n+1)}{2} - 7n = n(n+1) - 7n = n^2 + n - 7n = n^2 - 6n
(2) k=1n(5k24k+2)=5k=1nk24k=1nk+k=1n2=5n(n+1)(2n+1)64n(n+1)2+2n=5n(n+1)(2n+1)62n(n+1)+2n=5n(2n2+3n+1)62n22n+2n=10n3+15n2+5n62n2=10n3+15n2+5n12n26=10n3+3n2+5n6\sum_{k=1}^{n} (5k^2-4k+2) = 5 \sum_{k=1}^{n} k^2 - 4 \sum_{k=1}^{n} k + \sum_{k=1}^{n} 2 = 5 \cdot \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} - 4 \cdot \frac{n(n+1)}{2} + 2n = \frac{5n(n+1)(2n+1)}{6} - 2n(n+1) + 2n = \frac{5n(2n^2+3n+1)}{6} - 2n^2 - 2n + 2n = \frac{10n^3+15n^2+5n}{6} - 2n^2 = \frac{10n^3+15n^2+5n-12n^2}{6} = \frac{10n^3+3n^2+5n}{6}
(3) k=1n(4k31)=4k=1nk3k=1n1=4(n(n+1)2)2n=4n2(n+1)24n=n2(n2+2n+1)n=n4+2n3+n2n\sum_{k=1}^{n} (4k^3-1) = 4 \sum_{k=1}^{n} k^3 - \sum_{k=1}^{n} 1 = 4 \cdot (\frac{n(n+1)}{2})^2 - n = 4 \cdot \frac{n^2(n+1)^2}{4} - n = n^2(n^2+2n+1) - n = n^4+2n^3+n^2-n
(4) k=1nk(k+1)=k=1n(k2+k)=k=1nk2+k=1nk=n(n+1)(2n+1)6+n(n+1)2=n(n+1)(2n+1+3)6=n(n+1)(2n+4)6=2n(n+1)(n+2)6=n(n+1)(n+2)3\sum_{k=1}^{n} k(k+1) = \sum_{k=1}^{n} (k^2+k) = \sum_{k=1}^{n} k^2 + \sum_{k=1}^{n} k = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} + \frac{n(n+1)}{2} = \frac{n(n+1)(2n+1+3)}{6} = \frac{n(n+1)(2n+4)}{6} = \frac{2n(n+1)(n+2)}{6} = \frac{n(n+1)(n+2)}{3}
(5) m=1n(3m1)2=m=1n(9m26m+1)=9m=1nm26m=1nm+m=1n1=9n(n+1)(2n+1)66n(n+1)2+n=3n(n+1)(2n+1)23n(n+1)+n=3n(2n2+3n+1)23n23n+n=6n3+9n2+3n23n22n=6n3+9n2+3n6n24n2=6n3+3n2n2\sum_{m=1}^{n} (3m-1)^2 = \sum_{m=1}^{n} (9m^2-6m+1) = 9 \sum_{m=1}^{n} m^2 - 6 \sum_{m=1}^{n} m + \sum_{m=1}^{n} 1 = 9 \cdot \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} - 6 \cdot \frac{n(n+1)}{2} + n = \frac{3n(n+1)(2n+1)}{2} - 3n(n+1) + n = \frac{3n(2n^2+3n+1)}{2} - 3n^2 - 3n + n = \frac{6n^3+9n^2+3n}{2} - 3n^2 - 2n = \frac{6n^3+9n^2+3n - 6n^2 - 4n}{2} = \frac{6n^3+3n^2-n}{2}
(6) k=1n(3k+2)=k=1n3k+k=1n2=3(3n1)31+2n=3(3n1)2+2n=3n+132+2n=3n+13+4n2\sum_{k=1}^{n} (3^k + 2) = \sum_{k=1}^{n} 3^k + \sum_{k=1}^{n} 2 = \frac{3(3^n - 1)}{3-1} + 2n = \frac{3(3^n - 1)}{2} + 2n = \frac{3^{n+1} - 3}{2} + 2n = \frac{3^{n+1} - 3 + 4n}{2}

3. 最終的な答え

(1) n26nn^2 - 6n
(2) 10n3+3n2+5n6\frac{10n^3+3n^2+5n}{6}
(3) n4+2n3+n2nn^4+2n^3+n^2-n
(4) n(n+1)(n+2)3\frac{n(n+1)(n+2)}{3}
(5) 6n3+3n2n2\frac{6n^3+3n^2-n}{2}
(6) 3n+13+4n2\frac{3^{n+1} - 3 + 4n}{2}

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