2025年の年号がらみの問題として、今回は立方数の和と平方数が絡んだ問題を取り上げます。

まず、洛南高等附属中学校2019年算数第1問(5)を解いてみましょう。

それを踏まえて、次の問題を解いてみましょう。

 次の計算をしなさい。

 1×1×1+2×2×2+3×3×3+4×4×4+5×5×5+6×6×6+7×7×7+8×8×8+9×9×9

(解法1)

上の洛南の問題の出題者の意図と解説のように、1からの連続する奇数の和(平方数になります)に持ち込んで解きます。

 1×1×1(1×1)・・・1(平均が1となるような1個の奇数を1に「近い」ものから配置)

 2×2×2(4×2)・・・3+5(平均が4となるような2個の奇数を4に「近い」ものから配置)

 3×3×3(9×3)・・・7+9+11(平均が9となるような3個の奇数を9に「近い」ものから配置)

 4×4×4(16×4)・・・13+15+17+19(平均が16となるような4個の奇数を16に「近い」ものから配置)

 5×5×5(25×5)・・・21+23+25+27+29(平均が25となるような5個の奇数を25に「近い」ものから配置)

 6×6×6

 7×7×7

 8×8×8

 9×9×9(81×9)・・・73+75+77+79+81+83+85+87+89(平均が81となるような9個の奇数を81に「近い」ものから配置)

結局、1から89までの連続する(89+1)/2=45個の奇数の和を求めればよいから、答えは45×45=2025となります(「1から連続する奇数の和=平方数(四角数)」については、下の図を参照)。

 

(解法2)

上のような知識が仮になくても、規則性があるはずと考え、小さい数から順番に調べていけば解くことができます。

 1個目(までの和) 1

 2個目までの和 1+8=9

 3個目までの和 1+8+27=36

 4個目までの和 1+8+27+64=100

このあたりまでくれば、次のように、計算結果が平方数になっていることがわかるはずです。

 1×1、3×3、6×6、10×10、・・・

しかも、1、3、6、10、・・・を考えると、次のように、三角数になっていることもわかりますね。

 1、1+2、1+2+3、1+2+3+4、・・・

 

結局、求める和は

  (1+2+3+4+5+6+7+8+9)×(1+2+3+4+5+6+7+8+9)

 =45×45 (1から9までの整数の和が45となることは覚えているはずですね。)

 =2025

となります。

なお、上の解説からわかるように、

  1×1×1+2×2×2+3×3×3+・・・+□×□×□

 =(1+2+3+・・・+□)×(1+2+3+・・・+□)

 =(□+1)×□×1/2×(□+1)×□×1/2 (等差数列の和の公式を利用しました。)

 ={(□+1)×□×1/2}2

となります。

これは高校で習うシグマkの3乗の公式になります(シグマ公式と算数の問題については、規則性(群数列)の問題(神戸女学院中学部2020年算数第5問)と高校で習うシグマ公式を参照)。