次のように順を追って考えてみたら分かりやすいかもしれません。
数列のパターンを見て下さい。
1項目までの和…1
3項目までの和…1
(21が打ち消し合う)
5項目までの和…1
(21と31が打ち消し合う)
7項目までの和…1
(21〜41が打ち消し合う)
こうしてみると、奇数項までの和は、全て最初の1以外が打ち消し合って1になります。
これを数式で表現します。次のように考えます。
この1、3、5、7…の並びを見てみると、
1項目は1
2項目は3
3項目は5
4項目は7
…
n項目は2n-1
という関係が見えます。
そうすると「2n-1項目までの和は全て1になる」と言えます。
2n-1項目までの和を、数学ではS2n−1と表現します。
そうすると、S2n−1=1となります。
【偶数項の場合】
では、偶数項までの和はどうなるでしょうか。
2項目までの和…1-21
4項目までの和…1-31
(21が打ち消し合う)
6項目までの和…1-41
(21と31が打ち消し合う)
こうしてみると、偶数項までの和は、全て最初の1と最後の分数以外が打ち消し合って、「1-最後の分数」の形になります。
奇数の場合と同じように、偶数2、4、6…の並びを見てみると、
1項目は2
2項目は4
3項目は6
…
n項目は2n
という関係が見えます。
そうすると「2n項目までの和は全て1-最後の分数になる」と言えます。
2n項目までの和を、数学ではS2nと表現します。
そうすると、S2n=1−最後の分数となります。
では、「1-最後の分数」を数式でどう表現したら良いでしょうか。先ほどの2、4、6の並びに、「→」で最後の分数を追記してみます。
1項目は2→21
2項目は4→31
3項目は6→41
…
n項目は2n→n+11
という関係が見えます。
そうすると「2n項目までの和は全て1−n+11になる」と言えます。
したがって、2n項目までの和は
S2n=1−n+11