■自然数のグループ和(その6)

(その5)の続きである.

  5^2+12^2=13^2

  10^2+11^2=5^2+14^2

から

  10^2+11^2+12^2=13^2+14^2

が得られるが,同じ方法で

  20^2+22^2+23^2+24^2=25^2+26^2+27^2

を得るのは大変そうである.そこで,2乗和の公式

  Σk^2=n(n+1)(2n+1)/6

を用いることにしよう.

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  5=3+2

  5^2=25=12+13

これにより,12までの3つの数(10,11,12)と13からの2つの数(13,14)の平方和が等しくなるのである.

  10^2+11^2+12^2=13^2+14^2

 2n+1=(n+1)+n

 (2n+1)^2=4n^2+4n+1=(2n^2+2n)+(2n^2+2n+1)

  (2n+1)^2+(2n^2+2n)^2=(2n^2+2n)+(2n^2+2n+1)+(2n^2+2n)^2

=(2n^2+2n)^2+2(2n^2+2n)+1=(2n^2+2n+1)^2

より,

[1]左辺は第2n^2+2n項までの2乗和から第2n^2+2n−n−1項までの2乗和を引いたもの

[2]左辺は第2n^2+2n+n項までの2乗和から2n^2+2n項までの2乗和を引いたものである.

 m=2n^2+2nとおくと,

[1]m(m+1)(2m+1)/6−(m−n−1)(m−n)(2m−2n−1)/6

[2](m+n)(m+n+1)(2m+2n+1)/6−m(m+1)(2m+1)/6

(m+n)(m+n+1)(2m+2n+1)+(m−n−1)(m−n)(2m−2n−1)

=2(m+n)^3+3(m+n)^2+(m+n)

+2(m−n−1)^3+3(m−n−1)^2+(m−n−1)

=2(m+n)^3+3(m+n)^2+(m+n)

+2(m−n)^3+3(m−n)^2+(m−n)

−6(m−n)^2+6(m−n)−2−6(m−n)+3−1

=2(2m^3+6mn^2)+3(2m^2+2n^2)+2m−6(m^2−2mn+n^2)

=4m^3+12mn^2+12mn+2m

=4m^3+6m(2n^2+2n)+2m

=4m^3+6m^2+2m

=2m(m+1)(2m+1)

 よって,[1]=[2]

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