与えられた4つの数列の和をそれぞれ計算します。 (1) $\sum_{k=1}^{n} (4k+3)$ (2) $\sum_{k=1}^{n} (3k^2 - 7k + 4)$ (3) $\sum_{k=1}^{n} k(k+2)$ (4) $\sum_{k=1}^{n-1} 5k$

代数学数列シグマ和の公式
2025/6/15

1. 問題の内容

与えられた4つの数列の和をそれぞれ計算します。
(1) k=1n(4k+3)\sum_{k=1}^{n} (4k+3)
(2) k=1n(3k27k+4)\sum_{k=1}^{n} (3k^2 - 7k + 4)
(3) k=1nk(k+2)\sum_{k=1}^{n} k(k+2)
(4) k=1n15k\sum_{k=1}^{n-1} 5k

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(4k+3)=4k=1nk+k=1n3=4n(n+1)2+3n=2n(n+1)+3n=2n2+2n+3n=2n2+5n\sum_{k=1}^{n} (4k+3) = 4\sum_{k=1}^{n} k + \sum_{k=1}^{n} 3 = 4 \cdot \frac{n(n+1)}{2} + 3n = 2n(n+1) + 3n = 2n^2 + 2n + 3n = 2n^2 + 5n
(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=n(n+1)(2n+1)7n(n+1)+8n2=n(2n2+3n+17n7+8)2=n(2n24n+2)2=n(n22n+1)=n(n1)2=n(n22n+1)=n32n2+n\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(n+1)(2n+1) - 7n(n+1) + 8n}{2} = \frac{n(2n^2 + 3n + 1 - 7n - 7 + 8)}{2} = \frac{n(2n^2 - 4n + 2)}{2} = n(n^2 - 2n + 1) = n(n-1)^2 = n(n^2 - 2n + 1) = n^3 - 2n^2 + n
(3) k=1nk(k+2)=k=1n(k2+2k)=k=1nk2+2k=1nk=n(n+1)(2n+1)6+2n(n+1)2=n(n+1)(2n+1)6+n(n+1)=n(n+1)(2n+1)+6n(n+1)6=n(n+1)(2n+1+6)6=n(n+1)(2n+7)6=n(2n2+9n+7)6=2n3+9n2+7n6\sum_{k=1}^{n} k(k+2) = \sum_{k=1}^{n} (k^2 + 2k) = \sum_{k=1}^{n} k^2 + 2\sum_{k=1}^{n} k = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} + 2 \cdot \frac{n(n+1)}{2} = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} + n(n+1) = \frac{n(n+1)(2n+1) + 6n(n+1)}{6} = \frac{n(n+1)(2n+1 + 6)}{6} = \frac{n(n+1)(2n+7)}{6} = \frac{n(2n^2 + 9n + 7)}{6} = \frac{2n^3 + 9n^2 + 7n}{6}
(4) k=1n15k=5k=1n1k=5(n1)((n1)+1)2=5(n1)n2=5n(n1)2=5n25n2\sum_{k=1}^{n-1} 5k = 5\sum_{k=1}^{n-1} k = 5 \cdot \frac{(n-1)((n-1)+1)}{2} = 5 \cdot \frac{(n-1)n}{2} = \frac{5n(n-1)}{2} = \frac{5n^2 - 5n}{2}

3. 最終的な答え

(1) 2n2+5n2n^2 + 5n
(2) n32n2+nn^3 - 2n^2 + n
(3) 2n3+9n2+7n6\frac{2n^3 + 9n^2 + 7n}{6}
(4) 5n25n2\frac{5n^2 - 5n}{2}

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