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在高中数学教材人教版必修5的58页有12+22+…+n2= 这一公式,但没有给出证明。笔者在这里根据多年的教学经验,将从三个方面给出这一公式的证明。
一、 运用数列的中累加法的思想
预备知识: 1+2+…+n= 。
(n+1)3-n3=3n2+3n+1,依此类推有
n3-(n-1)3=3(n-1)2+3(n-1)+1;
(n-1)3-(n-2)3=3(n-2)2+3(n-2)+1;
……
33-23=3×22+3×2+1;
23-13=3×12+3×1+1;
把上面的所有式子相累加,则有(n+1)3-1=3[n2+(n-1)2+…+12]+3[n+(n-1)+…+1]+n×1。整理有n2+(n-1)2+…+12
= - -[ n+(n-1)+…+1]
= - = = 。于是公式12+22+…+n2= 得证。
二、 运用组合的思想
预备知识 = ; + +…+ = ; = 。于是有 + +…+ = ,即22+32…+n2= +n+(n-1)+…+2。等式两边同时加上1有:12+22+…+n2
= +n+(n-1)+…+2+1
= + =
=
于是公式12+22+…+n2= 得证。
三、 运用数学归纳法的思想
证明:(1)当n=1时,左边=1;右边= =1;则左边=右边。命题成立。
(2)假设当n=k时,原命题成立,即12+22+…+k2= 。那么当n=k+1时,12+22+…+k2+(k+1)2= +(k+1)2
= = = 。所以当n=k+1时原命题成立。故12+22+…+n2=
根据上述思想,还可以推理出立方和公式。
一、 运用数列的中累加法的思想
预备知识: 1+2+…+n= 。
(n+1)3-n3=3n2+3n+1,依此类推有
n3-(n-1)3=3(n-1)2+3(n-1)+1;
(n-1)3-(n-2)3=3(n-2)2+3(n-2)+1;
……
33-23=3×22+3×2+1;
23-13=3×12+3×1+1;
把上面的所有式子相累加,则有(n+1)3-1=3[n2+(n-1)2+…+12]+3[n+(n-1)+…+1]+n×1。整理有n2+(n-1)2+…+12
= - -[ n+(n-1)+…+1]
= - = = 。于是公式12+22+…+n2= 得证。
二、 运用组合的思想
预备知识 = ; + +…+ = ; = 。于是有 + +…+ = ,即22+32…+n2= +n+(n-1)+…+2。等式两边同时加上1有:12+22+…+n2
= +n+(n-1)+…+2+1
= + =
=
于是公式12+22+…+n2= 得证。
三、 运用数学归纳法的思想
证明:(1)当n=1时,左边=1;右边= =1;则左边=右边。命题成立。
(2)假设当n=k时,原命题成立,即12+22+…+k2= 。那么当n=k+1时,12+22+…+k2+(k+1)2= +(k+1)2
= = = 。所以当n=k+1时原命题成立。故12+22+…+n2=
根据上述思想,还可以推理出立方和公式。