






자연수의 거듭제곱의 합, 결과의 차수로 오류 찾기
학생의 풀이 기록에는 다음과 같은 식이 적혀 있었다.
1³+2³+⋯+n³ = n³/4 + n²/2 + n/4
계산을 바로 고치기 전에, 결과식의 차수부터 점검해 보자. 자연수의 거듭제곱의 합은 일반적으로
Σk=1n km
꼴이며, 그 결과는 대략 nm+1에 해당하는 차수를 가진다. 따라서 세제곱의 합은 최고차항이 n4이어야 한다. 학생의 식은 최고차항이 n3이므로 첫 줄에서 이미 오류를 발견할 수 있다.
차수 예측으로 풀이를 빠르게 검증하기
표준 합의 최고차항
| 합 | 결과의 최고차항 |
|---|---|
| Σk | n2/2 |
| Σk2 | n3/3 |
| Σk3 | n4/4 |
| Σkm | nm+1/(m+1) |
이는 항의 개수가 n개이고 각 항의 크기가 대략 nm이기 때문이다. 따라서 전체 합의 크기는 n·nm=nm+1 정도가 된다.
잘못된 식 교정
세제곱의 합 공식은
Σk=1n k3 = (n(n+1)/2)2 = n4/4+n3/2+n2/4
이다. 최고차항이 n4이므로 차수 점검을 통과한다. 예를 들어 n=2이면 좌변은 1³+2³=9이고, 우변도 (2·3/2)²=9가 된다.
여러 합이 섞인 식의 점검
다음과 같은 부분 풀이를 보자.
Σ(k³+2k²−k) = Σk³ + 2Σk² − Σk
각 항의 결과 차수는 각각 4, 3, 2이다. 따라서 전체 식의 최고차항은 Σk³에서 생기는 n4/4이며, 다른 항이 이를 없애지 않는 한 결과의 차수는 4이다.
이처럼 복잡한 공식을 전개하기 전에도 가장 높은 거듭제곱만 예측하면 계산 결과가 지나치게 낮은 차수인지 확인할 수 있다. 비하동과외에서 이런 검산 습관을 익힐 때도 공식 암기보다 먼저 차수와 대략적인 크기를 판단하는 연습이 효과적이다.
최종 확인
- Σkm의 결과 차수는 m+1이다.
- Σk3의 최고차항은 n4/4이다.
- 결과에 n3 이하의 항만 있다면 오류 가능성을 먼저 의심한다.
- 여러 합이 더해질 때는 소거 여부를 확인한 뒤 최고차항을 비교한다.