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今天我们要解决两个复杂的求和问题。第一个问题涉及连续平方项的分数求和,第二个问题涉及不同分母的单位分数求和。我们将使用代数变换和模式识别技术来逐步解决这些问题。
现在我们分析问题2的通项结构。通项为n的平方加上n加1的平方,除以n乘以n加1。我们先展开分子:n的平方加上n加1的平方等于n的平方加上n的平方加2n加1,合并同类项得到2n的平方加2n加1。我们可以将其重写为2n乘以n加1加1,这样分数就变成了2加上1除以n乘以n加1的形式。
现在我们对剩余项进行部分分式分解。我们要将1除以n乘以n加1分解为A除以n加上B除以n加1的形式。通过通分得到1等于A乘以n加1加上B乘以n。令n等于0得到A等于1,令n等于负1得到B等于负1。因此1除以n乘以n加1等于1除以n减去1除以n加1。这样每一项都变成了2加上1除以n减去1除以n加1的形式,形成了望远镜级数。
现在我们完成问题2的计算。求和范围是从n等于1到n等于19,共19项。常数项部分是2乘以19等于38。望远镜级数部分是1减去1/2加上1/2减去1/3,一直到1/19减去1/20,中间项全部抵消,剩下1减去1/20等于19/20。因此最终答案是38加上19/20,等于760/20加上19/20,等于779/20。
现在分析问题3的结构。我们将原式按分母进行分组。分母为2的只有1/2一项,分母为3的有1/3和2/3两项,分母为4的有1/4、2/4、3/4三项,以此类推。对于分母为k的组,包含从1/k到(k-1)/k的所有项。每组的和等于1加2加到k减1,再除以k,即(k-1)乘以k除以2,再除以k,最终简化为(k-1)除以2。因此原式可以写成从k等于2到60的(k-1)除以2的求和。