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2025
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几何证明1^3+2^3+3^3+…+n^3=n^2(n+1)^2/4

为证明12+22+32+…+n2=n(n+1)(2n+1)/6,我决定借助于几何图形。如图:

5.jpg

图中有n个小正方形(我只画了5个)连接,边长分别为1、2、3、…、n。这些小正方形都置于一个大正方形中,则

大正方形边长=1+2+3+…+n=n(n+1)/2

大正方形面积=[n(n+1)/2]2=(n4+2n3+n2)/4

将空余部分分条。

先看左下部分,共有n-1条。设某条按从左到右顺序为第i条,则:

该条宽度即为i。

该条长度=(i+1)+(i+2)+(i+3)+…+n=(n-i)(n+i+1)/2=(n2+n-i2-i)/2

则该条面积=i(n2+n-i2-i)/2=(in2+in-i3-i2)/2

则左下半侧n-1条总面积为:

(1*n2+1*n-13-12)/2+(2*n2+2*n-23-22)/2+(3*n2+3*n-33-32)/2+…+[(n-1)*n2+(n-1)*n-(n-1)3-(n-1)2]/2

={[1*n2+2*n2+3*n2+…+(n-1)n2]+[1n+2n+3n+…+(n-1)n]-[13+23+33+…+(n-1)3]-[12+22+32+…+(n-1)2]}/2

={[1+2+3+…+(n-1)]n2+[1+2+3+…+(n-1)]n-[13+23+33+…+(n-1)3]-[12+22+32+…+(n-1)2]}/2

=[n(n-1)/2*n2+n(n-1)/2*n-(13+23+33+…+n3)+n3-(12+22+32+…+n2)+n2]/2

=[n3(n-1)/2+n2(n-1)/2-(13+23+33+…+n3)-(12+22+32+…+n2)+n3+n2]/2

为方便书写,记13+23+33+…+n3=t2,12+22+32+…+n2=t3

两侧全部空余部分面积为:

n3(n-1)/2+n2(n-1)/2-t2-t3+n3+n2

=(n4-n3)/2+(n3-n2)/2+2n3/2+2n2/2-t2-t3

=(n4-n3+n3-n2+2n3+2n2)/2-t2-t3

=(n4+2n3+n2)/2-t2-t3

根据:空余部分面积+小正方形面积=大正方形面积,得:

(n4+2n3+n2)/2-t2-t3+t3=(n4+2n3+n2)/4

t2=(n4+2n3+n2)/2-(n4+2n3+n2)/4

t2=(2n4+4n3+2n2)/4-(n4+2n3+n2)/4

t2=(n4+2n3+n2)/4=n2(n+1)2/4

即:

13+23+33+…+n3=n2(n+1)2/4

本来要证12+22+32+…+n2=n(n+1)(2n+1)/6,却证出了13+23+33+…+n3=n2(n+1)2/4,可谓“有心栽花花不成,无心插柳柳成荫。”



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