重溫數學經典:二項式定理下的連續自然數任意次方之和

2021-01-18 電子通信和數學

許多聰明的同學在高中階段也許已經知道了連續自然數一次方,二次方,三次方的求和公式,但對於更高次方卻很難推導出來

如下圖中的連續自然數的四次方,已經讓很多人束手無策

發揮你的想像力,將一次方,二次方,三次方展開,看是否有什麼規律,一個明顯的亮點被你發現了,第一項,第二項都存在一定的規律,如下圖顏色區域所示

從第三項開始,這種規律突然消失了,先不著急我們繼續往下

我們將自然數任意次數之和,用字母S來表示,如下圖

你會發現S2=(S1)^2,我們繼續往下看

總有一種數學方法適合我們的需求,開動你的想像力,會發現最為合適的就是牛頓二項式定理,

我們將二項式中的5次方單獨拿出來,分析下

將上式變換下,如下圖所示

我們將1,2,3,4,帶入上式得到如下結果

計算後,再將每一行的式子相加,如下圖,相互抵消後就得到4^5的結果

同理,依次類推,將其延伸到n,我們最終得到n^5的結果

根據開篇中的提到的,用S表示自然數各次方之和後,就得到n^5的等式

我們已經知道了S1,S2,S3,所以很容易得到S4的通項公式,

將S1,S2,S3帶入上式,就得到連續自然數4次方的求和公式

同理,知道了S4,根據上面的方法,也就知道了S5的通項公式

同理,連續自然數6次方的求和公式S6,如下等等

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