次の6つの和の計算問題を解きます。 (1) $\sum_{k=1}^{n} (2k+3)$ (2) $\sum_{k=1}^{n} (k^2+k)$ (3) $\sum_{k=1}^{n} (k^2-6k+5)$ (4) $\sum_{k=1}^{n} (k^3-4k)$ (5) $\sum_{k=1}^{n} (k+1)(k-2)$ (6) $\sum_{k=1}^{n-1} (k^2-5k)$

代数学数列シグマ和の公式
2025/6/1

1. 問題の内容

次の6つの和の計算問題を解きます。
(1) k=1n(2k+3)\sum_{k=1}^{n} (2k+3)
(2) k=1n(k2+k)\sum_{k=1}^{n} (k^2+k)
(3) k=1n(k26k+5)\sum_{k=1}^{n} (k^2-6k+5)
(4) k=1n(k34k)\sum_{k=1}^{n} (k^3-4k)
(5) k=1n(k+1)(k2)\sum_{k=1}^{n} (k+1)(k-2)
(6) k=1n1(k25k)\sum_{k=1}^{n-1} (k^2-5k)

2. 解き方の手順

これらの和を計算するために、次の公式を使用します。
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 = \left(\frac{n(n+1)}{2}\right)^2
(1)
k=1n(2k+3)=2k=1nk+3k=1n1=2n(n+1)2+3n=n(n+1)+3n=n2+n+3n=n2+4n=n(n+4)\sum_{k=1}^{n} (2k+3) = 2\sum_{k=1}^{n} k + 3\sum_{k=1}^{n} 1 = 2\frac{n(n+1)}{2} + 3n = n(n+1) + 3n = n^2+n+3n = n^2+4n = n(n+4)
(2)
k=1n(k2+k)=k=1nk2+k=1nk=n(n+1)(2n+1)6+n(n+1)2=n(n+1)(2n+1)+3n(n+1)6=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^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)+3n(n+1)}{6} = \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}
(3)
k=1n(k26k+5)=k=1nk26k=1nk+5k=1n1=n(n+1)(2n+1)66n(n+1)2+5n=n(n+1)(2n+1)63n(n+1)+5n=n(n+1)(2n+1)18n(n+1)+30n6=n(2n2+3n+118n18+30)6=n(2n215n+13)6\sum_{k=1}^{n} (k^2-6k+5) = \sum_{k=1}^{n} k^2 - 6\sum_{k=1}^{n} k + 5\sum_{k=1}^{n} 1 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} - 6\frac{n(n+1)}{2} + 5n = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} - 3n(n+1) + 5n = \frac{n(n+1)(2n+1) - 18n(n+1) + 30n}{6} = \frac{n(2n^2+3n+1 - 18n - 18 + 30)}{6} = \frac{n(2n^2-15n+13)}{6}
(4)
k=1n(k34k)=k=1nk34k=1nk=(n(n+1)2)24n(n+1)2=n2(n+1)242n(n+1)=n2(n+1)28n(n+1)4=n(n+1)(n(n+1)8)4=n(n+1)(n2+n8)4\sum_{k=1}^{n} (k^3-4k) = \sum_{k=1}^{n} k^3 - 4\sum_{k=1}^{n} k = \left(\frac{n(n+1)}{2}\right)^2 - 4\frac{n(n+1)}{2} = \frac{n^2(n+1)^2}{4} - 2n(n+1) = \frac{n^2(n+1)^2 - 8n(n+1)}{4} = \frac{n(n+1)(n(n+1)-8)}{4} = \frac{n(n+1)(n^2+n-8)}{4}
(5)
k=1n(k+1)(k2)=k=1n(k22k+k2)=k=1n(k2k2)=k=1nk2k=1nk2k=1n1=n(n+1)(2n+1)6n(n+1)22n=n(n+1)(2n+1)3n(n+1)12n6=n(2n2+3n+13n312)6=n(2n214)6=2n(n27)6=n(n27)3\sum_{k=1}^{n} (k+1)(k-2) = \sum_{k=1}^{n} (k^2 - 2k + k - 2) = \sum_{k=1}^{n} (k^2 - k - 2) = \sum_{k=1}^{n} k^2 - \sum_{k=1}^{n} k - 2\sum_{k=1}^{n} 1 = \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(2n^2+3n+1 - 3n - 3 - 12)}{6} = \frac{n(2n^2-14)}{6} = \frac{2n(n^2-7)}{6} = \frac{n(n^2-7)}{3}
(6)
k=1n1(k25k)=k=1n1k25k=1n1k=(n1)((n1)+1)(2(n1)+1)65(n1)((n1)+1)2=(n1)n(2n2+1)65(n1)n2=(n1)n(2n1)615(n1)n6=n(n1)(2n115)6=n(n1)(2n16)6=2n(n1)(n8)6=n(n1)(n8)3\sum_{k=1}^{n-1} (k^2-5k) = \sum_{k=1}^{n-1} k^2 - 5\sum_{k=1}^{n-1} k = \frac{(n-1)((n-1)+1)(2(n-1)+1)}{6} - 5\frac{(n-1)((n-1)+1)}{2} = \frac{(n-1)n(2n-2+1)}{6} - 5\frac{(n-1)n}{2} = \frac{(n-1)n(2n-1)}{6} - \frac{15(n-1)n}{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. 最終的な答え

(1) n(n+4)n(n+4)
(2) n(n+1)(n+2)3\frac{n(n+1)(n+2)}{3}
(3) n(2n215n+13)6\frac{n(2n^2-15n+13)}{6}
(4) n(n+1)(n2+n8)4\frac{n(n+1)(n^2+n-8)}{4}
(5) n(n27)3\frac{n(n^2-7)}{3}
(6) n(n1)(n8)3\frac{n(n-1)(n-8)}{3}

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