以下の4つの和を求めます。 (1) $\sum_{k=1}^{n} (4k - 5)$ (2) $\sum_{k=1}^{n} (3k^2 - 7k + 4)$ (3) $\sum_{k=1}^{n} (k^3 + k)$ (4) $\sum_{k=1}^{n-1} 2k$

代数学数列シグマ級数
2025/6/3

1. 問題の内容

以下の4つの和を求めます。
(1) k=1n(4k5)\sum_{k=1}^{n} (4k - 5)
(2) k=1n(3k27k+4)\sum_{k=1}^{n} (3k^2 - 7k + 4)
(3) k=1n(k3+k)\sum_{k=1}^{n} (k^3 + k)
(4) k=1n12k\sum_{k=1}^{n-1} 2k

2. 解き方の手順

(1)
k=1n(4k5)=4k=1nkk=1n5=4n(n+1)25n=2n(n+1)5n=2n2+2n5n=2n23n\sum_{k=1}^{n} (4k - 5) = 4\sum_{k=1}^{n} k - \sum_{k=1}^{n} 5 = 4 \cdot \frac{n(n+1)}{2} - 5n = 2n(n+1) - 5n = 2n^2 + 2n - 5n = 2n^2 - 3n
(2)
k=1n(3k27k+4)=3k=1nk27k=1nk+k=1n4=3n(n+1)(2n+1)67n(n+1)2+4n=n(n+1)(2n+1)27n(n+1)2+4n=n2[(n+1)(2n+1)7(n+1)+8]=n2[2n2+3n+17n7+8]=n2[2n24n+2]=n(n22n+1)=n(n1)2\sum_{k=1}^{n} (3k^2 - 7k + 4) = 3\sum_{k=1}^{n} k^2 - 7\sum_{k=1}^{n} k + \sum_{k=1}^{n} 4 = 3 \cdot \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} - 7 \cdot \frac{n(n+1)}{2} + 4n = \frac{n(n+1)(2n+1)}{2} - \frac{7n(n+1)}{2} + 4n = \frac{n}{2}[(n+1)(2n+1) - 7(n+1) + 8] = \frac{n}{2}[2n^2 + 3n + 1 - 7n - 7 + 8] = \frac{n}{2}[2n^2 - 4n + 2] = n(n^2 - 2n + 1) = n(n-1)^2
(3)
k=1n(k3+k)=k=1nk3+k=1nk=(n(n+1)2)2+n(n+1)2=n2(n+1)24+n(n+1)2=n(n+1)4[n(n+1)+2]=n(n+1)4[n2+n+2]=n(n+1)(n2+n+2)4\sum_{k=1}^{n} (k^3 + k) = \sum_{k=1}^{n} k^3 + \sum_{k=1}^{n} k = (\frac{n(n+1)}{2})^2 + \frac{n(n+1)}{2} = \frac{n^2(n+1)^2}{4} + \frac{n(n+1)}{2} = \frac{n(n+1)}{4}[n(n+1) + 2] = \frac{n(n+1)}{4}[n^2 + n + 2] = \frac{n(n+1)(n^2+n+2)}{4}
(4)
k=1n12k=2k=1n1k=2(n1)(n1+1)2=2(n1)n2=n(n1)=n2n\sum_{k=1}^{n-1} 2k = 2\sum_{k=1}^{n-1} k = 2 \cdot \frac{(n-1)(n-1+1)}{2} = 2 \cdot \frac{(n-1)n}{2} = n(n-1) = n^2 - n

3. 最終的な答え

(1) 2n23n2n^2 - 3n
(2) n(n1)2n(n-1)^2
(3) n(n+1)(n2+n+2)4\frac{n(n+1)(n^2+n+2)}{4}
(4) n2nn^2 - n

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