平方和公式用于求连续自然数的平方和,其公式为:
\[ 1^2 + 2^2 + 3^2 + \ldots + n^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} \]
这个公式也被称为四角锥数或金字塔数,是正方形数的级数。
证明这个公式可以通过数学归纳法:
1. 当 \( n = 1 \) 时,左边 = 1,右边 = \frac{1(1+1)(2 \cdot 1 + 1)}{6} = 1,公式成立。
2. 假设当 \( n = k \) 时,公式成立,即 \( 1^2 + 2^2 + 3^2 + \ldots + k^2 = \frac{k(k+1)(2k+1)}{6} \)。
3. 当 \( n = k+1 \) 时,
\[
1^2 + 2^2 + 3^2 + \ldots + k^2 + (k+1)^2 = \frac{k(k+1)(2k+1)}{6} + (k+1)^2
\]
\[
= (k+1) \left( \frac{k(k+1)(2k+1)}{6} + (k+1) \right)
\]
\[
= (k+1) \left( \frac{k(k+1)(2k+1) + 6(k+1)}{6} \right)
\]
\[
= (k+1) \left( \frac{(k+1)(2k^2 + k + 6)}{6} \right)
\]
\[
= (k+1) \left( \frac{(k+1)(2k+1)(k+2)}{6} \right)
\]
\[
= \frac{(k+1)(k+2)(2k+1)}{6}
\]
因此,当 \( n = k+1 \) 时,公式也成立。
综上所述,平方和公式 \( 1^2 + 2^2 + 3^2 + \ldots + n^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} \) 成立。