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n = 1, 2, 3 …

數學公式

數學公式: 特殊級數求和(Σ)計算機
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  1. Sum of squares / cubes

    Sum of squares / cubes: 特殊級數求和(Σ)計算機

    Standard power-sum identities.

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結果

級數總和
55
Σ from k = 1 to n
求和項數(n) 10

這個計算機能做什麼

「特殊級數求和(Σ)計算機」會運用精確的封閉公式,算出你所選「特殊」數列前 n 項的總和。它不會逐項相加,而是直接套用已知的恆等式,因此即使 n 很大,答案依然精確而且瞬間完成。這是一個純數學工具,在世界任何地方的運算結果都完全相同——沒有單位,也不受任何國家或地區規定影響。

七種級數

你可以選擇以下任一項式,並從 k = 1 加到 n:

$$\sum_{k=1}^{n} k = \frac{n(n+1)}{2}$$  $$\sum_{k=1}^{n} k^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6}$$  $$\sum_{k=1}^{n} k^3 = \frac{n^2(n+1)^2}{4}$$  $$\sum_{k=1}^{n} k(k+1) = \frac{n(n+1)(n+2)}{3}$$  $$\sum_{k=1}^{n} \frac{1}{k(k+1)} = \frac{n}{n+1}$$  $$\sum_{k=1}^{n} k(k+1)(k+2) = \frac{n(n+1)(n+2)(n+3)}{4}$$  以及 $$\sum_{k=1}^{n} \frac{1}{k(k+1)(k+2)} = \frac{n(n+3)}{4(n+1)(n+2)}$$

第一、二、三、四與第六種會得到整數結果;第五與第七種則屬於「伸縮級數」(望遠鏡級數),其總和恆介於 0 與 1 之間。

三角數、平方和、立方和以及裂項分數級數的視覺化表示
四個特殊級數背後的幾何直觀。

使用方式

從下拉選單選擇一種級數,輸入項數 n(正整數:1、2、3…),再選擇要顯示幾位有效數字,即可讀出總和。精度選項只影響顯示外觀——底層的封閉公式在數學上本來就是完全精確的。

範例演算

選擇 \(\sum k^3\),並令 \(n = 9\)。代入公式得到 $$\frac{9^2 \times 10^2}{4} = \frac{81 \times 100}{4} = \frac{8100}{4} = 2025$$ 這正好符合經典恆等式:\(1^3 + 2^3 + \cdots + 9^3 = 2025\)。

由單位正方形組成的階梯與其鏡像拼成 n×(n+1) 的矩形
為什麼 \(1+2+\dots+n\) 等於 \(n(n+1)/2\):兩個階梯拼成一個矩形。

常見問題

為什麼要用公式,而不直接相加?封閉公式的時間複雜度為 \(O(1)\)——無論 n 多大都能瞬間算出精確結果,也不會因為長串加法而產生捨入誤差。

如果 n 不是正整數怎麼辦?求和指標 k 只在正整數上變動,因此 n 會被調整為不小於 1 的最接近整數。

為什麼第 5 與第 7 種的結果小於 1?它們是伸縮級數,其部分和會逐漸逼近 1(對於 \(1/(k(k+1))\))或 \(1/4\)(對於 \(1/(k(k+1)(k+2))\)),但在 n 有限時永遠不會達到該極限。

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