自然數平方和公式的推導與證明新課標

2021-05-18 08:53:37 字數 1815 閱讀 9885

=4s-4(1+2+3+…+n)+n3)

由(2)+ (3)得:s1=8s-4(1+2+3+…+n)+n4)

由(1)與(4)得:2s+ n3+2n(1+2+3+…+n) =8s-4(1+2+3+…+n)+n

即:6s= n3+2n(1+2+3+…+n)+ 4(1+2+3+…+n)-n

= n[n2+n(1+n)+2(1+n)-1]

= n(2n2+3n+1)

= n(n+1)(2n+1)

s= n(n+1)(2n+1)/ 6

亦即:s=12+22+32+…+n2= n(n+1)(2n+1)/65)

以上可得各自然數平方和公式為n(n+1)(2n+1)/6,其中n為最後一位自然數。

由(5)代入(2)得自然數偶數平方和公式為2n(n+1)(2n+1)/3,其中2n為最後一位自然數。

由(5)代入(3)得自然數奇數平方和公式為n(2n-1)(2n+1)/3,其中2n-1為最後一位自然數。

由自然數平方和公式推導自然數立方和公式

設s=13+23+33+…+n31)

有s=n3+(n-1)3+(n-2)3+…+132)

由(1)+ (2)得:2s=n3+13+(n-1)3+23+(n-2)3+33+…+n3+13

=(n+1)(n2-n+1)

+ (n+1)[(n-1)2-2(n-1)+22)

+ (n+1)[(n-2)2-3(n-2)+32)

+ .. .

+ (n+1)(12-n(n-n+1)(n-n+1+ n2)

即2s=( n+1)[2(12+22+32+…+n2)-n-2(n-1) -3(n-2)-…-n (n-n+13)

由12+22+32+…+n2=n(n+1)(2n+1)/ 6代入(2)得:

2s=(n+1)[2n(n+ 1)(2n+1)/6-n-2n-3n-…nn+2×1+3×2+…+n(n-1)]

=(n+1)[2n(n+1)(2n+1)/6-n(1+2+3+…n)+(1+1)×1+(2+1)×2+…+(n-1+1)(n-1)]

=(n+1)[2n(n+1)(2n+1)/6-n2 (1+n)/2+12+1+22+2+…+(n-1)2+ (n-1)]

=(n+1)[2n(n+1)(2n+1)/6-n2(1+n)/2+12+22+…+(n-1)2+1 +2+…+ (n-1)] ……...(4)

由12+22+…+(n-1)2= n(n+1)(2n+1)/6-n 2,1+2+…+(n-1)=n(n-1)/2代入(4)得:

2s=(n+1)[3n(n+1)(2n+1)/6-n2+n(n-1)/2

=n2(n+1)2/2

即s=13+23+33+…+n3= n2(n+1)2/4

結論:自然數的立方和公式為n2(n+1)2/4,其中n為自然數。

自然數偶數立方和公式推導

設s=23+43+63+…+(2n)3

有s=23(13+23+33+…+n3)=8n2(n+1)2/4=2n2(n+1) 2

結論:自然數偶數的立方和公式為2n2(n+1)2,其中2n為最後一位自然偶數。

自然數奇數立方和公式推導

設s=13+23+33+…+(2n) 3

由自然數的立方和公式為n2(n+1)2/4,其中n為自然數代入左邊

有n2(2n+1)2=23+43+63+…+(2n) 3+13+33+53…+(2n-1)3

=2n2(n+1)2+13+33+53…+(2n-1)3

移項得:13+33+53…+(2n-1)3 =n2(2n+1)2-2n2(n+1)2

=n2(2n2-1)

結論:自然數奇數的立方和公式為n2(2n2-1),其中2n-1為最後一位自然奇數,即n的取值。

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