성당동 고2수학과외







Σ 기호를 다시 읽는 순간
성당동의 한 학습 기록에는 다음 풀이가 남아 있었다.
문제: \(1+2+3+\cdots+n\)의 값을 구하여라.
기록된 풀이: \(1+2+\cdots+n=\frac{(n-1)n}{2}\)
이 식은 \(1\)부터 \(n-1\)까지 더한 공식이다. 마지막 항이 \(n\)인데도 상한을 \(n-1\)로 잘못 읽은 것이 최초 오류였다.
합의 범위와 항 개수 확인
\(\sum_{k=1}^{n}k\)는 \(1,2,\ldots,n\)을 더한다. 첫항은 \(1\), 끝항은 \(n\), 항의 개수는 \(n\)개이므로
\[ \sum_{k=1}^{n}k=\frac{n(1+n)}{2}=\frac{n(n+1)}{2}. \]
예를 들어 \(n=5\)이면 \(1+2+3+4+5=15\)이고, 공식도 \(\frac{5\cdot6}{2}=15\)를 준다. 반면 잘못된 식 \(\frac{(n-1)n}{2}\)는 \(10\)이므로 \(1\)부터 \(4\)까지의 합에 해당한다.
첫항과 항 개수로 식 만들기
등차수열의 합으로 보기
첫항이 \(a\), 끝항이 \(l\), 항 개수가 \(m\)인 등차수열의 합은
\[ \frac{m(a+l)}{2} \]
이다. 따라서 \(1\)부터 \(n\)까지의 합에서는 \(a=1\), \(l=n\), \(m=n\)을 대입한다.
시작값이 달라질 때
시작값이 \(0\)이면
\[ \sum_{k=0}^{n}k=0+1+\cdots+n=\frac{n(n+1)}{2}. \]
0을 더해도 합은 변하지 않지만, 항의 개수는 \(n+1\)개이다.
시작값이 \(2\)이면
\[ \sum_{k=2}^{n}k=\sum_{k=1}^{n}k-1 =\frac{n(n+1)}{2}-1. \]
오답을 되짚는 최종 검증
범위가 \(k=1\)부터 \(n\)까지인 식을 \(k=1\)부터 \(n-1\)까지의 공식으로 바꾸려면 마지막 항 \(n\)을 따로 더해야 한다.
\[ \sum_{k=1}^{n}k =\sum_{k=1}^{n-1}k+n =\frac{(n-1)n}{2}+n =\frac{n(n+1)}{2}. \]
따라서 최초 오류는 공식 자체가 아니라 합의 상한과 항 개수를 일치시키지 않은 데서 생겼다. 최종 답은
\[ \boxed{\sum_{k=1}^{n}k=\frac{n(n+1)}{2}} \]
이다.