합 기호 안의 n도 k처럼 1부터 움직여도 될까

n은 자연수입니다. Aₙ=Σ(k=1부터 n까지) n, Bₙ=Σ(k=1부터 n까지) k입니다. n=4에서는 4+4+4+4=16과 1+2+3+4=10입니다. 일반값은 n²과 n(n+1)/2, 두 합은 n=1일 때만 같습니다. 움직이는 k와 고정된 n을 구별합니다.

An=∑k=1nn,Bn=∑k=1nk,n=1,2,…A_n=\sum_{k=1}^{n}n,\qquad B_n=\sum_{k=1}^{n}k,\qquad n=1,2,\ldots

두 합이 같다는 주장을 검토하자. n=4에서 더하는 항부터 쓰자.

합 실제 전개 값
A₄ 4+4+4+4 16
B₄ 1+2+3+4 10

Aₙ에서는 k가 바뀌어도 더할 n은 고정이다. 따라서 Aₙ=n², Bₙ=n(n+1)/2다. 두 값이 같으면 n(n−1)=0이므로 자연수에서는 n=1뿐이다.

k를 j로 바꾸어도 역할을 유지하면 값은 같다. 고정한 n까지 j로 바꾸면 다른 합이다. 후속으로 Σ의 아래 k=1, 위 n을 그대로 두고 안을 n²으로 바꾸면 n개의 n²을 더해 n³이 된다. 항의 값과 항의 개수를 따로 읽게 하자.

출처·착안: Jo Morgan, 「New GCSE: Sequences」. 문항과 예시 답안은 새로 작성했다.