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Σを部分分数で求める(望遠鏡和)

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Σを部分分数で求める(望遠鏡和)全4問
1/(1·2)1/(2·3)1/(3·4)1/(4·5)+++
① 考えてみよう

11⋅2+12⋅3+13⋅4+14⋅5\frac1{1\cdot2}+\frac1{2\cdot3}+\frac1{3\cdot4}+\frac1{4\cdot5} を計算したいよ。ふつうに通分すると分母が大きくなって大変。何かうまい手はないかな?

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  1. ① 考えてみよう
  2. 1

    11⋅2+12⋅3+13⋅4+14⋅5\frac1{1\cdot2}+\frac1{2\cdot3}+\frac1{3\cdot4}+\frac1{4\cdot5} を計算したいよ。ふつうに通分すると分母が大きくなって大変。何かうまい手はないかな?

  3. 2

    コツは、1つの分数を「引き算の形」に分けること。たとえば 12⋅3\frac1{2\cdot3} は 12−13\frac12-\frac13 に直せる。全部この形にすると、和はいくつになると思う?

  4. ② 考え方
  5. 3

    どの項も 1k(k+1)=1k−1k+1\frac1{k(k+1)}=\frac1k-\frac1{k+1} に分けられる(右を通分すると元に戻るのを確かめてね)。4つの項が、それぞれ2枚の札に割れたよ。

  6. 4

    横に並べると、−12-\frac12 の隣に +12+\frac12、−13-\frac13 の隣に +13+\frac13… 同じ色どうしが足すと0、つまり打ち消し合うんだ。これが望遠鏡みたいに縮む和だよ。

  7. 5

    打ち消し合う札を消すと、いちばん最初の +1+1 と、いちばん最後の −15-\frac15 だけが生き残る。途中はきれいに全部消えたね。

  8. ③ 解答
  9. 6

    だから和は 1−15=451-\frac15=\frac45。通分しなくても、引き算の形にして打ち消すだけで求まったね。

  10. 7

    見つけるコツ: 分母が「となりどうしの積」なら 1k−1k+1\frac1k-\frac1{k+1} に分けてみる。途中が打ち消えて両端だけ残るから、nn 個でも和は 1−1n+1=nn+11-\frac1{n+1}=\frac{n}{n+1} とすぐ出せるよ。

答案の書き方(記述例)

解き方がわかったら、次は答案に書く番。テストの解答用紙には、こんなふうに書けば伝わるよ。

自然数 kk について、1k−1k+1=(k+1)−kk(k+1)=1k(k+1)\frac{1}{k} - \frac{1}{k + 1} = \frac{(k + 1) - k}{k(k + 1)} = \frac{1}{k(k + 1)} が成り立つ。

求める和を S=11×2+12×3+13×4+14×5S = \frac{1}{1 \times 2} + \frac{1}{2 \times 3} + \frac{1}{3 \times 4} + \frac{1}{4 \times 5} とする。

上の式で k=1k = 1、22、33、44 とした式を使うと

S=(11−12)+(12−13)+(13−14)+(14−15)S = \left(\frac{1}{1} - \frac{1}{2}\right) + \left(\frac{1}{2} - \frac{1}{3}\right) + \left(\frac{1}{3} - \frac{1}{4}\right) + \left(\frac{1}{4} - \frac{1}{5}\right)

となり合うかっこの −12-\frac{1}{2} と +12+\frac{1}{2}、−13-\frac{1}{3} と +13+\frac{1}{3}、−14-\frac{1}{4} と +14+\frac{1}{4} が打ち消し合い、最初の 11\frac{1}{1} と最後の −15-\frac{1}{5} が残る。

S=1−15=45S = 1 - \frac{1}{5} = \frac{4}{5}

答え 45\frac{4}{5}

減点されやすいポイント

1k(k+1)=1k−1k+1\frac{1}{k(k + 1)} = \frac{1}{k} - \frac{1}{k + 1} は、右辺を通分して左辺に戻ることを1行書いておくと根拠になるよ。打ち消し合ったあとに残る項を書き出すのも大事で、最後の −15-\frac{1}{5} を見落とすと答えが 11 になってしまうね。

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