【天南地北聊數學】高斯與等差數列求和

文/維尼老師  |2023.05.25
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圖/River

文/維尼老師 

生活中經常出現隨機的數字序列,最明顯的例子就是樂透中獎號碼。比方某一期的大樂透中獎號碼是:7、11、16、20、27、42,這完全是隨機開出的六個獎號,沒有任何規律,也無法藉此預測下一期的獎號。在數學上,像這樣一堆數字排成一列,就叫「數列」。數學家對於毫無規律的數列不感興趣,因為無法歸結出一個通式;他們喜歡研究具有規律性、數與數之間有特定關係的數列,其中最簡單也最基本的就是等差數列。

所謂等差數列,就是從數列的第一個數(稱為「第一項」)開始,依序等距變大或變小。比方偶數數列2、4、6、8、10、12……,奇數數列1、3、5、7、9、11……,從第一項開始,往後都依序加2,都是等差數列。當然如果從100開始倒數:100、99、98、97、96、95……,這個數列從100開始往後依序減1,也是等差。

等差數列因為非常規律,所以很容易計算總和。大家應該都聽過這樣一個故事:據說數學王子高斯小時候上學時,有一次數學老師出了一道題目,請大家計算1加到100的和,結果高斯非常迅速的就算出結果5050,把老師嚇了一跳!高斯是怎麼算的?

他先寫出1+2+3+……+98+99+100的式子,然後在下方倒過來寫上100+99+98+……+3+2+1的式子,這時每一項上下的和都是101,共有100個101,所以兩個式子的總和是101×100=10100,但這樣一來把1加到100算了兩次,所以要除以2,10100÷2,得到5050。

把上面的算法寫得簡潔一點就是

,所有等差數列都可以這樣算出總和,寫成公式是:

總和=

。高斯小小年紀就能自己想出這樣的方法來快速計算等差數列總和,只能說真的是數學史上的天才啊!

有沒有覺得這個求和公式和小學學的梯形面積公式:

面積= 很像?如果把等差數列的第一項看成梯形上底,末一項看成梯形下底,總項數看成梯形的高,那兩個公式不是完全相同嗎?數學很多地方是有共通性的,大家學得愈多,就愈能體會這個道理喔!

1 + 2 + 3 +……+98 +99 +100

100+99 +98 +……+ 3 + 2 + 1



101+101 +101 +……+101 +101 +101

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