■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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