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六、堆罗汉
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堆罗汉这种游戏,是学校中所常见到的,这里用不到再来说明,只不过取它做个例子:从最下排起数上去,每排次第少一个人,直到顶上只有一个人为止。
像这类依序相差同样的数的一群数,在数学上我们叫它们是等差数列。
关于等差数列的计算,本不十分难懂,小学的算术教本里面也都有得讲到,所以这里也将它放在一边,单只讲从1起到某一数为止的若干个连续整数的和,用式子表示出来,就是:
(1)1+2+3+4+5+6+7+……
和这个性质相类似的,还有从1起到某数为止的各整数的平方和同着立方和,就是:
(2)12+22+32+42+52+62+72+……
(3)13+23+33+43+53+63+73+……
照图3看去,这个长方形由A,B两块组成,而B恰好是A的倒置,所以:
A=1+2+3+4+5+6+7
B=7+6+5+4+3+2+1
A,B的总和是相同的,各等于全个矩形的面积的一半。
至于这个矩形的面积,只要将它的长和宽相乘就可得出了,它的长是7,宽是7+1,因此面积便是:
7×(7+1)=7×8=56
这个式子推到一般的情形去,就变成了:
第二、第三个例子,我们也可以用图形来研究它们的结果,不过更繁杂一点,但也更有趣味,现在还是分开来讨论吧。
从图4,我们注意小方块的数目和大方块的关系,很明白地可以看出来:
12=1
22=1+3
32=1+3+5
42=1+3+5+7
……
72=1+3+5+7+9+11+13
若用话来说明,就是2的平方恰等于从1起的2个连续奇数的和,3的平方恰等于从1起的3个连续奇数的和,一直推下去,7的平方就是从1起的7个连续奇数的和。
所以若要求从1到7的7个数的平方和,只需将上列七个式子的右边相加就可以了。
但这个法子虽没有什么不合理,毕竟不简便,而且从它要找出一般的式子也不容易,因此我们得另找一条路。
试将各式的右边表示的和,照堆罗汉的形式堆起来,我们就得出图5的形式(为简便起见,只用1、2、3、4四个数):
若要推到一般的情形去,那么,图8这个矩形的长是:
而它的宽却是:
n+1+n=2n+1
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