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■34704 / inTopicNo.1)  数学的帰納法
  
□投稿者/ あや 一般人(1回)-(2008/07/28(Mon) 00:01:48)
    1^3+2^3+3^3+…+n^3 = (1+2+3+…n)^2
    つまり、
    Σ[i=1→n](i^3) = {Σ[i=1→n](i)}^2
    が任意の自然数に対して成り立つことを証明しなさい。

    この問題について、お願いします。
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■34708 / inTopicNo.2)  Re[1]: 数学的帰納法
□投稿者/ DANDY U ベテラン(206回)-(2008/07/28(Mon) 08:40:34)
    (1) n=1 のとき 明らかに成り立つ
    (2) n=k-1 のとき成り立つとする・・1^3+2^3+3^3+…+(k-1)^3={1+2+3+…+(k-1)}^2
    1^3+2^3+3^3+…+(k-1)^3+k^3= {1+2+3+…+(k-1)}^2+k(k-1)*k+k^2
          ={1+2+3+…+(k-1)}^2+2*{1+2+3+…+(k-1)}*k+k^2
          =[{1+2+3+…+(k-1)}+k]={1+2+3+…+(k-1)+k}^2
    よって、n=kのときも成り立つ。

    (1)(2)より、すべての自然数nについて
    1^3+2^3+3^3+…+n^3 = (1+2+3+…n)^2 がなりたちます。






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■34712 / inTopicNo.3)  Re[2]: 数学的帰納法
□投稿者/ WIZ 軍団(131回)-(2008/07/28(Mon) 10:23:13)
    DANDY Uさんの証明は式変形の途中で、
    Σ[k=1,n](k) = n(n+1)/2という関係式を使用していますね。
    つまり題意はΣ[k=1,n](k^3) = {n(n+1)/2}^2を証明せよと同意と解釈したことになります。

    Σ[k=1,n](k) = n(n+1)/2という関係式は仮定して良いのかどうか分かりませんが
    もし仮定しないのなら以下のようになると思います。

    nを自然数として、a[n] = Σ[k=1,n](k^3)-{Σ[k=1,n](k)}^2とおきます。
    a[1] = 0は容易に分かります。
    a[n+1]-a[n] = (n+1)^3-({Σ[k=1,n+1](k)}^2-{Σ[k=1,n](k)}^2)
    = (n+1)^3-(Σ[k=1,n+1](k)-Σ[k=1,n](k))(Σ[k=1,n+1](k)+Σ[k=1,n](k))
    = (n+1)^3-(n+1)(n+1+2Σ[k=1,n](k))
    = (n+1){(n+1)^2-(n+1+2Σ[k=1,n](k)}
    = (n+1){n^2+n-2Σ[k=1,n](k)}

    b[n] = n^2+n-2Σ[k=1,n](k)とおきます。
    b[1] = 1^2+1-2*1 = 0です。
    b[n+1]-b[n] = {(n+1)^2+(n+1)-2Σ[k=1,n+1](k)}-{n^2+n-2Σ[k=1,n](k)}
    = n^2+3n+2-2Σ[k=1,n+1](k)-n^2-n+2Σ[k=1,n](k)
    = 2n+2-2(n+1) = 0
    よってb[n]は初項0、公差0の数列ですから任意の自然数nについてb[n] = 0です。

    a[n+1]-a[n] = (n+1)b[n]でしたから、a[n]も初項0、公差0の数列です。
    以上から任意の自然数nについて、a[n] = 0 = Σ[k=1,n](k^3)-{Σ[k=1,n](k)}^2

    # b[n] = 0は、(n^2+n)/2 = Σ[k=1,n](k)と同値です。
    # a[n] = 0は、{(n^2+n)/2}^2 = Σ[k=1,n](k^3)と同値です。
    # 結局全体の証明の中でΣ[k=1,n](k) = n(n+1)/2という関係式を証明しただけですが・・・。
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■34715 / inTopicNo.4)  Re[1]: 数学的帰納法
□投稿者/ DANDY U ベテラン(207回)-(2008/07/28(Mon) 15:21:50)
    WIZさんさんが書かれた「Σ[k=1,n](k) = n(n+1)/2 を使用してもよいのか」ということも考えたのですが、最も早い段階で扱う公式なので使用してもよいと判断しての回答でした。

    結局、どの段階での出題かによるのでしょうか。
    (使用しないでというのなら、前段階で「Σ[k=1,n](k) = n(n+1)/2」の公式を証明しておいても、たいした手間は取らないですね)
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■34716 / inTopicNo.5)  Re[2]: 数学的帰納法
□投稿者/ grin 一般人(41回)-(2008/07/28(Mon) 16:12:50)
    確かにどの公式まで自由に使ってよいか曖昧ですね。
    Σ[k=1,n](k) = n(n+1)/2 はDANDY U さんがおっしゃられているように一番基本的な公式ですし、
    よく勉強されている方なら、
    Σ[k=1,n](k^3)=(n(n+1)/2)^2
    という式もほとんど常識かと思われます。
    この式は教科書にもきちんと載っています(少なくとも私が使っていた教科書には)。

    しかし、Σ[k=1,n](k^3)=(n(n+1)/2)^2 を用いると、あまりに一瞬で証明できてしまうので、
    さすがにこれは自分で証明したほうがよいと思います。

    a[k]=k^4 として、Σ[k=1,n](a[k+1]-a[k]) を計算しても導出できますし、
    k^2(k+1)^2-(k-1)^2k^2=4k^3 を利用して導出することもできます。

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