正整數的平方和公式是什麼,怎麼證明?

代廣寒

計算從1開始的連續正整數的平方和,是有公式的。


我們可以用數學歸納法來證明。在前面的問答中,我講到過數學歸納法可以證明與正整數n有關的等式。數學歸納法的原理可以想象成多米諾骨牌。

經驗證,n=1時,公式是成立的。我們需要證明遞推關係成立,也就是假設n等於k時公示成立,n等於k+1時公式依然成立。具體證明過程請看下圖。



在計算的過程中,大家要特別細心。我們通過數學歸納法,證明了公式成立。


請大家回到文章開頭看一下我用藍筆寫的公式,這個公式畢竟不是特別直觀。下面我用另外一種方法來推導這個公式。初中生應該學到了立方和與立方差公式,下面我從立方差公式入手,進行推導。

立方差公式用語言表述為:兩數的平方和加上兩數的積,再乘以兩數的差,所得的積就等於兩數的立方差。也就是下面這個公式。

我們先從兩個相差為1的兩個數入手,來尋找解題思路。

這個計算過程同樣需要細心,因為在移項,通分,去括號等計算過程中是很容易出現錯誤的。


大家發現沒有,這個證明過程雖然很巧妙,但還是不太直觀。還有什麼別的方法嗎。下面我再為大家推薦一種方法,表格分析法。請大家看下面這個表格。

大家有沒有什麼發現呢,是不是感覺第二行與第三行的數值之間存在著某種關係?我們計算一下第二行與第三行之間的比值,我們把這個比值記為大寫字母A。

我們發現其中好幾個比值的分子都是3,於是我們將這些分數的分子都化成3,看看能發現什麼規律。



通過表格分析法,我們提出了猜想,要證明這個猜想,可以使用數學歸納法。在前面,我們已經完成了。

通過今天這個題目,大家回顧了數學歸納法,通過立方差公式推導出了從1開始的連續正整數平方和的計算公式,還通過表格分析

找到了規律。

有個小提示:大家在做題的時候,即便是在草稿紙上演算的時候,也要注意條理,有助於我打開思路;另外在計算的時候要注意細心。


多元視角

從1開始到n連續自然數平方求和公式:n(n+1)(2n+1)/6。我是王老師,致力於小學數學的精品問答!這個公式在小學階段只要會靈活運用即可,不需要去了解公式推導過程,記憶這個公式也比較容易,第三項為前兩項和。本著知其然更要知其所以然,今天王老師帶大家瞭解下公式推導的方法。

公式推導

關於平方求和公式,推導方法還是很多,我選個最容易理解的吧。

三個相同三角形數列①②③。

數列① 1²,2²,3²,…n²排列

數列的數和即為所求。

→ ①繞三角形中心順時針旋轉120°得到②

→ ②順時針旋轉120°得到③。

觀察

三個三角形數列每個對應位置數字和都為2n+1。

如圖三種顏色圈之和。

我們只要求出每個三角形數列有多少位置,就有多少2n+1

位置數:1+2+3+4+…+n

等差數列求和公式 → 位置數:(n+1)n÷2

3個三角形數列總和:n(n+1)(2n+1)/2

每個三角形數列和:n(n+1)(2n+1)/6

1²+2²+3²+…+ n²=n(n+1)(2n+1)/6。

應用

你學會了嗎?做道練習題試下吧。

①求:1²+2²+3²+…+ 20²

②求:2²+4²+6²+…+ 20²


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