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输入计算

数学公式

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结果

Sum of the first 10 cubes
3,025
Σ k³ for k = 1 to 10
项数 (n) 10
三角形数 n(n+1)/2 55
恒等式 (n(n+1)/2)²

这个计算器能做什么

本工具用于计算前 n 个完全立方数之和,也就是 \(1^{3} + 2^{3} + 3^{3} + \dots + n^{3}\)。它不需要逐项相加,而是借助一个著名的闭式恒等式,无论 n 有多大,都能瞬间给出精确答案。

使用方法

在项数 n 处输入一个正整数,即可直接读取结果。计算器还会同时显示作为中间量的三角形数 \(n(n+1)/2\),让你一眼看清答案是如何推导出来的。

公式解析

核心结论就是著名的 尼科马库斯恒等式(Nicomachus identity)

$$\sum_{k=1}^{n} k^{3} = \left( \frac{n\left(n+1\right)}{2} \right)^{2}$$

令人惊叹的是,前 n 个立方数之和恰好等于前 n 个整数之和的平方。括号内的 \(n(n+1)/2\) 正是第 n 个三角形数 \(T(n)\),因此立方和就等于 \(T(n)\) 的平方。这使得计算复杂度为 \(O(1)\),无需循环累加,而且对整数输入始终给出精确结果。

递增立方体的堆叠,等于一个三角形数的平方
前 n 个立方数之和等于第 n 个三角形数的平方,即 \((n(n+1)/2)^{2}\)。

实例演示

以 \(n = 4\) 为例:三角形数为 \(4\times 5/2 = 10\),平方后得到 \(10^{2} = 100\)。直接逐项验证:\(1 + 8 + 27 + 64 = 100\)。两种算法结果一致,印证了该恒等式的正确性。

常见问题

这个公式只适用于整数吗? 是的。该恒等式针对 \(k = 1\) 到 \(n\) 的整数项求和,因此 n 应为正整数。

为什么结果总是完全平方数? 因为立方和等于 \(T(n)^{2}\),其中 \(T(n)\) 是第 n 个三角形数;任何整数的平方都是完全平方数。

n 可以取很大的值吗? 可以。由于采用的是闭式公式,即使 n 很大也能瞬间算出,不过当数值极大时,可能会超出常规浮点数的精度范围。

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