我曾观摩过高中生智力问答比赛的盛况,赛中出现了一些计算题。比如下式:
1+4+9+16+……
问:此数列(每一项都为整数的完全平方数)从第1项加到第200项的总和是多少?
10多秒钟后,心算完毕的高中生们“噢”的一声激动地喊了出来。这个问题其实并不难,只要知道公式,我们大家都可以轻松得出答案。
“1加到第n个完全平方数的总和为,n与(n+1)、(2n+1)的乘积除以6。”这个公式我们将在初中学到,需要背诵。
因此,上述智力问答题只需将n=200代入,心算200×201×401÷6即可。计算时可采用“除法即约分”的方法。将式子变形为100×67×401,“400个67是26800。加67得26867,再加两个0即得2686700”。
公式可以发挥巨大的作用,但一味套用、死记硬背也多有弊端。
理解它的推导方式能帮助我们更好地应用。
那么,这个公式是如何导出的呢?
我们以标题为例进行说明。很多人无法一下子找到解题思路,我们按如下方法来记。
①将原式转化:1×2=(1×2×3-0×1×2)÷3。
等号右侧()中1×2相同,所以()里可化为1×2×(3-0),除以3后得1×2。
②同样地,将2×3,3×4,……,进行变形:
1×2=(1×2×3-0×1×2)÷3
2×3=(2×3×4-1×2×3)÷3
3×4=(3×4×5-2×3×4)÷3
4×5=(4×5×6-3×4×5)÷3
5×6=(5×6×7-4×5×6)÷3
6×7=(6×7×8-5×6×7)÷3
7×8=(7×8×9-6×7×8)÷3
8×9=(8×9×10-7×8×9)÷3
9×10=(9×10×11-8×9×10)÷3
如上,变形完毕(为方便理解,中途没有省略步骤)。
我们能够清楚地看到,等号左侧的算式全部相加即为标题中需要求的算式。等号右侧也是一样的。
仔细看等号右侧,÷3是共通的,所以我们把它留到最后一起计算。
若将()中的所有项全部相加,大多数都会互相抵消。最后只余9×10×11-0×1×2,后者为0,所以最后只余9×10×11。
最后再计算9×10×11÷3,即得答案330。
由此我们很容易得出结论:通常在计算1×2+2×3+…+n(n+1)时,得数为n(n+1)(n+2)。
那么,若从1×2中减去1,式子就从2个1变成了1个1,即余1×1。
若从2×3中减去2,就变成了2个2,即余2×2。按照这个思路思考,我们可以得出“想要计算1×1+2×2+3×3+…+n×n时,只要计算1×2+2×3+…+n(n+1)后减去1到n的所有数的和即可”的结论。
因此只需计算n(n+1)(n+2)÷3-n(n+1)÷2,(1到n项的求和方法请参照本书第27节)即可得出例题中的超长算式,即带☆号的式子。
1×2+2×3+3×4+…+99×100=
1×3+3×5+5×7+7×9+9×11+11×13=
1×1+2×2+3×3+4×4+5×5+6×6=
1×2×3+2×3×4+3×4×5+…+98×99×100=
提示:第二题不能简单运算为11×13×15÷6,注意首项。最后一题也可以运用本节学习的内容来解,属于较难的心算题。