平方和公式
平方和公式是一个比较常用公式,用于求连续自然数的平方和(Sum of squares),其和又可称为四角锥数,或金字塔数(square pyramidal number)也就是正方形数的级数。
此公式是冯哈伯公式(Faulhaber's formula)的一个特例。
J. Faulhaber 在1631年的Academiae Algebrae中发表的第一个正整数的幂和通用公式。
定理为:
其中,
是Kronecker符号,
是二项式系数,且
是第i个Bernoulli数。
公式
利用此公式可求得前n项平方和为:
n
前n项平方和
n
前n项平方和
n
前n项平方和
n
前n项平方和
n
前n项平方和
1
1
6
91
11
506
16
1496
21
3311
2
5
7
140
12
650
17
1785
22
3795
3
14
8
204
13
819
18
2109
23
4324
4
30
9
285
14
1015
19
2470
24
4900
5
55
10
385
15
1240
20
2870
25
5525
n=26,27,28,29......时
前n项平方和和为:6201, 6930, 7714, 8555, 9455,
10416, 11440, 12529, 13685, 14910, 16206, 17575, 19019, 20540, 22140,
23821, 25585, 27434, 29370…… [1]
证明方法编辑
证法一 (归纳猜想法):
1、
时,
2、
时,
3、设
时,公式成立,即
则当
时,
也满足公式。
根据数学归纳法,对一切自然数n有
成立。
证法二 (利用恒等式
):
,
…………
.
求和得:
,
由于
(可由倒序求和得到),
代入上式得:
整理后得:
证法三(
) :
令
=
=
因为
所以,
证法四 (排列组合法):
由于
,
因此我们有
=
由于
,
,
于是我们有
证法五 (拆分,直接推导法):
1=1
2²=1+3
3²=1+3+5
4²=1+3+5+7
...
(n-1)²=1+3+5+7+...+[2(n-1)-1]
n²=1+3+5+7+...+[2n-1]
求和得:
……(*)
因为前n项平方和与前n-1项平方和差为n²
代入(*)式,得:
此式即
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