■2乗和が等しい数列とスー・モース数列(その38)
このシリーズで述べたことは,ベルヌーイのベキ和の公式
Σk=n(n+1)/2
Σk^2=n(n+1)(2n+1)/6
Σk^3=n^2(n+1)^2/4
Σk^4=n(n+1)(2n+1)(3n^2+3n−1)/30
Σk^5=n^2(n+1)^2(2n^2+2n−1)/12
Σk^6=n(n+1)(2n+1)(3n^4+6n^3−3n+1)/42
Σk^7=n^2(n+1)^2(3n^4+6n^3−n^2−4n+2)/24
が単純に2等分できること以上の意味をもっている.証明してみたい.
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2の累乗,たとえば,1から2^5までのすべての数字を含む排他的数列では4乗和でも,1から2^6までのすべての数字を含む排他的数列では5乗和でも等しくなる.・・・2^kまでのすべての数字を含む排他的数列ではk−1乗和でも等しいと仮定する.
このとき,r=2^k-1とおくと
{a1,a2,・・・,ar}
{b1,b2,・・・,br}
において,Σai=Σbi,Σai^2=Σbi^2,Σai^k-1=Σbi^k-1が成り立つ.
ar+1=2r+b1,・・・,a2r=2r+br
br+1=2r+a1,・・・,b2r=2r+ar
とおくとき,Σai^k=Σbi^kが成り立つことを証明できればよい.
Σai^k=a1^k+・・・+ar^k+(2r+b1)^k+・・・+(2r+br)^k
=a1^k+・・・+ar^k+b1^k+・・・+br^k+CΣbi^k-1+DΣbi^k-2+・・・+E
Σbi^k=b1^k+・・・+br^k+(2r+a1)^k+・・・+(2r+ar)^k
=a1^k+・・・+ar^k+b1^k+・・・+br^k+CΣai^k-1+DΣai^k-2+・・・+E
仮定よりΣai^k=Σbi^k.また,これより項数が2の累乗でなければならないこともわかるだろう.
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