数理解析研究所講究録
第 1625 巻 2009 年 269-295

269

朶積術
竹之内

1

脩

朶積術
朶積術とは、 自然数の累乗和$s_{p}(n)=1^{p}+2^{p}+3^{P}+\cdots+n^{p}$を与える多項式を求める方法である。
この多項式は、 現在の数学では、 次のベルヌイの多項式として知られている。
$\frac{1}{p+1}n^{p+1}+\frac{1}{2}n^{p}+\frac{p}{2}An^{p-1}-\frac{p(p-1)(p-2)}{2\cdot 3\cdot 4}Bn^{p-3}$$+ \frac{p(p-1)(p.-2)(p-3)(p-4)}{23\cdot 4\cdot 5\cdot 6}Cn^{p-5}$$- \frac{p(p-1)(p-2)(p.-3)(p-4)(p-5)(p-6)}{2\cdot 34\cdot 5\cdot 6\cdot 7\cdot 8}Dn^{p-7}$$+\cdots$

ここで、 $A,$$B,$$A= \frac{1}{6},$

$C,$

$D$

,

$\cdot\cdot\cdot$

は、 次のような数である。

$B=- \frac{1}{30},$$C= \frac{1}{42},$$D=- \frac{1}{30}$

関の式図

270
ベルヌイの多項式は、 Jakob Bernoulli $(1654\sim 1705)$ の死後、 甥の手により出版された「 $Ars$ Conjectandi」 (1715)

において与えられたものである。

一方、 關孝和 $(1640?\sim 1708)$ は、 その死後、 弟子の手によって出版された 「括要算法」(1711) において、 この和を前のページの式図の形で示している。
この表の左には、 ベルヌイと同じく、

1,$\frac{1}{2}$,$\frac{1}{6}$

,

$0$

,

$\frac{1}{30}$

,

$0$

,

$\frac{1}{42}$

,

$0$

,

$- \frac{1}{30}$

,

$0$

,

$\frac{1}{66}$,$0$の値があげられている。 関は、 これらの数を一級取数、 二級取数、と呼んでいる。

関もベルヌイも、 これらの数をどのようにして次々作っていったらよいか、 という方式
を、 同じ形で与えている。

すなわち関の場合には、 例えば、 一級取数、 二級取数、、六級取数を定めたあと、 七級

取数は、
$($

7–

$(1+ \frac{1}{2}\cdot 7+\frac{1}{6}\cdot 21-\frac{1}{30}$. $35)) \div 7=\frac{1}{42}$として求める、 としている。
一方 Bernoulli は、 例えば $D$ は、$\frac{1}{9}+\frac{1}{2}+\frac{2}{3}-\frac{7}{15}+\frac{2}{9}(+D)=1$

から、$D=- \frac{1}{30}$としている。

これらの数は、 従来、 ベルヌイ数と呼ばれているが、 関-ベルヌイ数と呼ぶのが至当であろう。

本稿では、 $s_{p}(n)$ を求める手段について、 歴史的な考察をしたい。
その前に、 次の節において、 この多項式についての一般的な考察をしておく。

2

自然数の累乗和を与える多項式$s_{p}(n)$を与える多項式を $s_{p}(x)$ とする。

$s_{p}(x)$は1o$s_{p}(1)=1$$2^{o}$$s_{p}(x)=s_{p}(x-1)+x^{p}$で定められる多項式である。

271$s_{p}(x)$が多項式で与えられることは、 下の (3) の結果として知られることで、 はじめ

は、 単なる関数としておく。 そのような関数はいくらでも作れる。

(1)多項式ならば、$1^{o}$

から、 $x$ の自然数に対する値はすべて知られるから、 一意的に定まる。

$2^{o}$$s_{p}(0)=0$$2^{o}$,$s_{p}(-1)=0$があれば、 このいずれかの式を、$1^{o}$の代わりに用いることができる。

(2)$s_{p-1}(x)= \frac{1}{p}(s_{p}’(x)-s_{p}’(0))$(3)$\{\begin{array}{ll}s_{0}(x)=x s_{p}(x)=p o^{x}s_{p-1}(t)dt+b_{p}x \text{ただし、} b_{p}=p/-10s_{p-1}(t)dt\end{array}$(2) から、 $p \int_{0}^{x}s_{p-1}(t)dt=s_{p}(x)-s_{p}(0)-s_{p}’(0)x=s_{p}(x)-s_{p}’(0)x$
ここて $x=-1$ とすると、左辺の符号を変えたものをこれによって、 順次$s_{1}(x),$$p \int_{0}^{-1}s_{p-1}(t)dt=s_{p}’(0)$$b_{p}$とすれば、 上の式になる。

$s_{2}(x),$$s_{3}(x)$,$\cdot\cdot\cdot$を作っていけば、 $S_{P}(X)$ がすべて多項式となることが知られる。

(4)$2\sqrt{}’p$のとき、 $s_{p}(-x-1)=s_{p}(-x)$$2|p$のとき、 $s_{p}(-x-1)=-s_{p}(-x)$$2^{o}$

において、 $x$ に一 $x$ を代入すれば、$s_{p}(-x)=s_{p}(-x-1)+(-x)^{p}=s_{p}(-x-1)+(-1)^{p}x^{p}$

いま $f(x)=s_{p}(-x-1)$ とすると、$f(0)=s_{p}(-1)=0$$f(x)-f(x-1)=s_{p}(-x-1)-s_{p}(-x)=-(-1)^{P_{X}P}$が奇数のときは、 $f(x)$ は、を満たす多項式となるから、 $f(x)=s_{p}(x)$$P$$1^{o},$

が偶数のときは、 $-f(x)$ が

$p$

(5)

$2fp(p\geqq 3)$$2|p$$1^{\text{。}},$$2^{o}$$2^{o}$

を満たす多項式となり、 $-f(x)=s_{p}(x)$のとき、 $s_{p}(x)$は$x+ \frac{1}{2}$$s_{p}(x)$は$x+ \frac{1}{2}$のとき、の偶数次の項のみよりなる多項式の奇数次の項のみよりなる多項式

これによって、 $s_{p}(x)$ のグラフは、$p$が奇数のときは 直線 $x=- \frac{1}{2}$ に関して対称$P$が偶数のときは 点
いま.
$p$$u=x+ \frac{1}{2}$$(- \frac{1}{2},0)$に関して対称として・ $s_{p}(x)$ を $u$ の多項式と見るとき、力埼数のときは、 $s_{p}(x)=s_{p}(-x-1)$ に $x=u- \frac{1}{2}$ を代入すれば、$s_{p}(u- \frac{1}{2})=s_{p}(-(u-\frac{1}{2}-1)=s_{p}(-u-\frac{1}{2})$,272となり、 これは、 $s_{p}(x)$ が $u$ の関数と見れば偶関数であることを示している。 したがつて、 $s_{p}(x)$ は、 $u=x+ \frac{1}{2}$ の多項式としては、 $u$ の偶数乗の項ばかりから成る。

が偶数のときは、 $s_{p}(x)=-s_{p}(-x-1)$ に $x=u- \frac{1}{2}$ を代入すれば、$p$$s_{p}(u- \frac{1}{2})=-s_{p}(-u-\frac{1}{2})$となり、 $s_{p}(x)$ は、 $u=x+ \frac{1}{2}$ の多項式としては、 $u$ の奇数乗の項ばかりから成る。

(6)

2 $fp(p\geqq 3)$のとき、 $s_{p}(x)$は$(x(x+1))^{2}\cross(x(x+1)$ の多項式$s_{p}(x)$は$x(x+1)(2x+1)\cross(x(x+1)$ の多項式

のとき、

$2|p$

$)$

を変形して、 (4) を用いると、$s_{p}(x)=s_{p}(x-1)+x^{p}$が奇数のとき$p$$)$$1)+ \frac{1}{2}x^{p}=x_{p}(s-1)+\frac{1}{2}x^{p}$$s_{p}(x)- \frac{1}{2}=s_{p}(x$これは、 この式の左辺の多項式の関数が偶関数であることを示している。 この式の値で割り切れる。 (4) から、 $s_{p}(x)$ はまただから、 この多項式はは、 $x=0$ のとき$(x+1)^{2}$ で割り切れる。 したがって $s_{p}(x)$ は、 $(x(x+1))^{2}$ で割り切れる。
により、 $x(x+1)$ で割り切れる。 また、 (5) により$s_{p}(x)$ は、 (1)が偶数のとき$x^{2}$$0$$p$$x+ \frac{1}{2}=\frac{1}{2}(2x+1)$

で割り切れる.

どちらの場合も、 割った商の多項式は、$x+ \frac{1}{2}$の偶数次の項のみよりなる多項式であるから、 $(x+ \frac{1}{2})^{2}=x(x+1)+\frac{1}{4}$ により、 $x(x+1)$ の多項式である。

(7)

2 $fp(p\geqq 3)$$2|p$のとき、 $b_{P}=0$のとき、$b_{2}<0$,$b_{4}>0$,$b_{6}<0$,$B_{p}=(-1)^{p}b_{2p}=(-1)^{p-1}s2p’(0)$とすれば、 この$p$

$B_{p}$$\cdot\cdot\cdot$$(p=1,2,3, \cdots)$がベルヌイ数である。

が奇数 $((p\geqq 3)$ のとき、 (6) により、 $s_{p}(x)$ は定数項をもたないから、 $b_{p}=0$ である。
$b_{p}=p \int_{-1}^{0}s_{p-1}(t)dt$であるから、$b_{p}$の値は、 $s_{p}(x)$ の、 $-1\leqq x\leqq 0$ における状況に依存する。
以下に、 各 $S_{P}(X)$ について増減表を示し、 またグラフの概形を示す。

スケールは各グラフによって異なる。 形だけが問題である。
$s_{1}(x)= \frac{1}{2}x(x+1)$$b_{2}= \int_{-1}^{0}s_{1}dx$

で、 これをグラフの中に、 横線で示した。 次の $s_{2}’(x)$ では、 この横線より上の部分は $+$ 下の部分は一になる。 グラ、

フは直線 $x=- \frac{1}{2}$ に関して対称である。

273$s_{2}(x)$$s_{2}’(x)=2s_{1}(x)+s_{2}’(0),$$s_{2}’(0)=-b_{2}$であるから、$s3(x)$$s_{3}’(x)=3s_{2}(x)$であるから、
1

以後、 この $S_{1(x)}$ から $s_{4}(x)$ のハターンが、 周期 4 で繰りかえされていく。

以上によって、 次のことが確かめられる。
$2\parallel p(p\geqq 3)$$2|p$のとき、 $b_{p}=0$のとき、$b_{2}<0$,$b_{4}>0$,$b_{6}<0$,$\cdot\cdot\cdot$◆ベルヌイ数について
ベルヌイ数は不規則な数であり、 これを簡単に書く方法はない。 次のページに最初30個の表をあげる。

次のことが知られている。
ベルヌイ数の分母
ベルヌイ数$B_{p}$の分母は、 $q-1$ が $2p$ の約数であるような素数

スタウトークラウゼンの定理)$q$の積である。 (フォン.

274
ベルヌイ数

275
ベルヌイ数の分子

ベルヌイ数の分子はどのような数であるのかを一般的に述べる定理は知られていない。
フェルマの問題と関連して述べられた次の定理は著名である。
クンマーの定理

素数

$q$

が、

ていないとき、 このような素数$B_{1},$$q$$B_{2},$$\cdots$,$B_{*^{-3}}$のうちのどの数の分子の約数にもなっを正則な素数とよぶ。

正則な素数に対しては、 フェルマの定理は正しい。 100 までの 2 以外の 24 個の素数のうち、 正則でないものは、

37,59,

67 の 3 個である。

3$\bullet$

諸研究
朱世傑 (ca.1300) は、$3^{3}+4^{3}+5^{3}+\cdot(n$ 項 $)=27_{n}C_{1}+37_{n}C_{2}+24_{n}C_{3}+6_{n}C_{4}$を与えている。
この係数は、 次のように、 次々階差をとることによって得られたものと考えられている。

$\bullet$

27
64

37

125
216

61
91

343
512

127
169

27

30
36
42

6
6
6

Johannes Faulhber (1580 1635)$\sim$$s_{1}(n)=1+2+3+ \cdots+n=\frac{1}{2}n(n+1)$$S2(n)=1^{2}+2^{2}+3^{2}+ \cdots+n^{2}=\frac{1}{6}n(n+1)(2n+1)$$s_{3}(n)=1^{3}+2^{3}+3^{3}+ \cdots+n^{3}=(\frac{1}{2}n(n+1))^{2}=(s_{1}(n))^{2}$

であるが、 Faulhaber は、 さらに $s_{4}(n),$$\cdots$について調べた。

$s_{4}(n)=s2(n)( \frac{6}{5}s_{1}(n)-\frac{1}{5})$$s_{5}(n)=s_{3}(n)( \frac{4}{3}s_{1}(n)-\frac{1}{3})$$S6(n)=s2(n)( \frac{12}{7}s_{1}(n)^{2}-\frac{6}{7}s_{1}(n)-\frac{1}{7})$そしてさらに$s_{17}$

まで求め、

276
2

$Y^{p}$$2|p$のとき、 $s_{p}(n)$ は、 $s_{1}(n)$ の多項式である。
のとき、 $s_{p}(n)$ は、 $s_{2}(n)$ に $s_{1}(n)$ の多項式を乗じたものである。

を予測し、 $p=17$ まで、 このことを確かめている。

(文献

Ivo Schneider:Johannes Faulhaber $(1580\sim 1635)$ Reichenmeister in einer Welt desUmbruchs)
このことは、 前節 (5) から、 確かめられる。

關孝和、 Jakob Bernoulli$\bullet$$\bullet$Leonhard Euler (1707
Euler は、$\sim$、

松永良弼、 有馬頼徳の研究については、 後述$\circ$1783)$B_{1}x^{2}+ \frac{2^{2}}{5!}10\cdot B_{2}x^{4}+\frac{2^{4}}{7!}14\cdot B_{3}x^{6}+\frac{2^{6}}{9!}18\cdot B_{4}x^{8}+\frac{2^{8}}{11!}22\cdot B_{5}x^{10}+\frac{2^{10}}{13!}26\cdot B_{6}x^{12}+\cdots$$= \frac{1}{2}-\frac{1}{2}x\cot x$を示した。

(De Summis Serierum Numeros Bemoullianos Involventium (1769))

C.G.J.Jacobi (1804 1851)
Jacobi は、 マクローリン展開の一般論から、 次の結論を示した。
(De usu legitimo formulae summatoriae Maclaurinianae, J.Reine Angew.Math., 1834)$\sim$$\bullet$$s_{3}(x)$$=$$s_{1}(x)^{2}$$s_{5}(x)$$=$$\frac{3}{4}s_{1}(x)^{2}(s_{1}(x)-\frac{1}{4})$$s_{7}(x)$$=$2$s_{9}(x)$$=$$\frac{16}{15}s_{1}(x)^{2}(s_{1}(x)^{3}-\frac{5}{4}s_{1}(x)^{2}+\frac{3}{4}s_{1}(x)-\frac{3}{16})$$s_{11}(x)$$=$$\frac{16}{3}s_{1}(x)^{2}(s_{1}(x)^{4}-2s_{1}(x)^{3}+\frac{17}{8}s_{1}(x)^{2}-\frac{5}{4}s_{1}(x)+\frac{5}{16})$$s_{13}(x)$$=$$\frac{64}{7}s_{1}(x)^{2}(s_{1}(x)^{5}-\frac{35}{12}s_{1}(x)^{4}+\frac{287}{60}s_{1}(x)^{3}-\frac{59}{12}s_{1}(x)^{2}+\frac{691}{240}s_{1}(x)$$s_{1}(x)^{2}(s_{1}(x)^{2}- \frac{2}{3}s_{1}(x)+\frac{1}{6})$そして、$S2p(x)= \frac{1d}{2p+1dx}s_{2p+1}(x)$$\bullet$Augustin Louis Cauchy (1789$\sim$

1857)

Cauchy は、 次のことを示した。 (R\’esum\’es Analytiques (1833))

一$\frac{691}{960})$

277
ここで、

$B_{1}= \frac{1}{6},$$B_{2}= \frac{1}{30},$$B_{3}=\underline{1}$,$\cdot\cdot\cdot$

42’

は、 ベルヌイ数である。 (後述)$\frac{x}{1-e^{-x}}=1+\frac{1}{2}+B_{1}\frac{2^{2}x^{2}}{1\cdot 2}-B_{2}\frac{2^{4}x^{4}}{1\cdot 2\cdot 3\cdot 4}+B_{3}\frac{2^{6}.x^{6}}{1\cdot 2\cdot 34\cdot 5\cdot 6}-\cdots$$\frac{e^{nx}-1}{1-e-x}=n+xs_{1}(n)+\frac{x^{2}}{1\cdot 2}s2(n)+\frac{x^{3}}{1\cdot 2\cdot 3}s_{3}(n)+\cdots+\frac{x^{m}}{1\cdot 2\cdots m}s_{m}(n)+\cdots$

これから一般に、$s_{m}(n)$$=$$\frac{n^{m+1}}{m+1}+\frac{n^{m}}{2}+B_{1}\frac{m}{2}n^{m-1}-B_{2}\frac{m(m-.1)(m-2)}{23\cdot 4}n^{m-3}$$+B_{3} \frac{m(m-1)(m-.2)(m.-3)(m-4)}{2\cdot 34\cdot 56}n^{m-5}-\cdots$

A.W.F.Edwards
Edwards は、 Faulhaber や、 Jacobe と逆の方向で、 次のことを示している。
(A Quick Route to Sums of Powers, Amer.Math.Monthly,
1986)$\bullet$$(x(x+1))^{P}-(x(x-1))^{P}=2[{}_{p}C_{1}\cdot x^{2p-1}+{}_{p}C_{3}\cdot x^{2p-3}+{}_{p}C_{5}\cdot x^{2p-5}+\cdots]$から、$(n(n+1))^{P}=2[C\cdot s_{2p-1}(n)+C\cdot sp$
これを用いると、 奇数乗の和に対して、 $n(n+1)=2s_{1}(n)$ であることから、$(2^{4}\cdot s_{1}(n)^{4}2^{3}\cdot s_{1}(n)^{3}2^{2}\cdot s.1(n)^{2^{\backslash }}=2(0021413410$$..)(\begin{array}{l}s_{3}(n)s_{5}(n)s_{7}(n)s9(n)|\end{array})$5.
また、$(x+1)^{p+1}x^{p}-x^{p+1}(x-1)^{p}$$=x^{2p+1}+1c_{1x^{2p}+C_{2}\cdot x^{2p-1}+Cs\cdot x^{2p-2}+C_{4}\cdot x^{2p-3}+}p+1p+1\cdots$$-x^{2p+1}+{}_{p}C_{1}\cdot x^{2p}-{}_{p}C_{2}\cdot x^{2p-1}+{}_{p}C_{3}\cdot x^{2p-2}-{}_{p}C_{4}\cdot x^{2p-3}+\cdot\cdot\cdot$$=(p+1C_{1}+{}_{p}C_{1}^{\gamma})x^{2p}+{}_{P}C_{1}\cdot x^{2p-1}+(p+1C_{3}+{}_{p}C_{3})x^{2p-2}+{}_{p}C_{3}\cdot x^{2p-3}$$+(p+1C_{5}+{}_{p}C_{5})x^{2p-4}+{}_{p}C_{5}\cdot x^{2p-5}+\cdots$$=(p+1C_{1}+{}_{p}C_{1})x^{2p}+(p+1C_{3}+{}_{p}C_{3})x^{2p-2}+(p+1C_{5}+{}_{p}C_{5})x^{2p-4}+\cdots$$+\{{}_{p}C_{1}\cdot x^{2p-1}+{}_{p}C_{3}\cdot x^{2p-3}+{}_{P}C_{5}\cdot x^{2p-5}+\cdots\}$$=(p+1C_{1}+{}_{p}C_{1})x^{2p}+(p+1C_{3}+{}_{p}C_{3})x^{2p-2}+(p+1C_{5}+{}_{p}C_{5})x^{2p-4}+\cdots$$+ \frac{1}{2}\cdot\{x(x+1))^{p}-x(x-1))^{P}\}$

278
これから、
$(n+1)^{p+1}n^{p}$$=({}_{p+1}C_{1}+{}_{p}C_{1})_{S2p(n)+({}_{p+1}C_{3}+{}_{p}C_{3})S2p-2(n)+({}_{p+1}C_{5}+{}_{p}C_{5})s(n)+}2p-4\ldots$$+ \frac{1}{2}(n(n+1))^{p}$

したがって、$\frac{1}{2}(2n+1)((n(n+1))^{p}$$=({}_{p+1}C_{1}+{}_{p}C_{1})s_{2_{P}}(n)+({}_{p+1}C_{3}+{}_{p}C_{3})s_{2p-2}(n)+(p+1C_{5}+{}_{p}C_{5})s_{2p-4}(n)+\cdots$

これから、 偶数乗の和に対して、$n(n+1)=2_{S_{1}}(n)$ より、$\frac{1}{2}(2n+1)(16s_{1}(n)^{4}4s_{1}(n)^{2}8s_{1}(n)^{3^{\backslash }}2s_{1}(n),$$=[3001..$$551..$

$147$

.

4
(1)

$p$

9

.

$\backslash J(\begin{array}{l}s_{2}(n)s_{4}(n)s6(n)s_{8}(n)|\end{array})$が小さいときの初等的方法$\frac{1}{3}(k(k+1)(k+2)-(k-1)k(k+1))=k(k+1)$ から、$\frac{1}{3}n(n+1)(n+2)=\sum k(k+1)=s_{2}(n)+s_{1}(n)=s_{2}(n)+\frac{1}{2}n(n+1)$

これから、$s_{2}(n)= \frac{1}{3}n(n+1)(n+2)-\frac{1}{2}n(n+1)=\frac{1}{6}n(n+1(2n+1)$(2)$(k+1)^{3}=k^{3}+3k^{2}+3k+1$ から、$(n+1)^{3}=3s2(n)+3s_{1}(n)+n=3s_{2}(n)+ \frac{3}{2}n(n+1)+n+1$

これから、$S2(n)= \frac{1}{3}((n+1)^{3}-\frac{3}{2}n(n+1)-n-1)=\frac{1}{6}n(n+1)(2n+1)$(3)

松永良良弼の方法$(n+1)^{3}=n^{3}+3n^{2}+3n+1$ において、 右辺の $n$ の項を、 $(n+1)^{2}=n^{2}+2n+1$ を使って消去する。

2 $(n+1)^{3}-3(n+1)^{2}=2n^{3}+3n^{2}-1$
さらに定数項を $n+1$ で消去する。

2 $n^{3}+3n^{2}+n=n(n+1)(2n+1)$
分母は、 $n=1$ として、 6 で割ることになる。 これは、 平方朶の式である。

279
立方朶のとき、 同じようにやっていくと、 次のようになる。
$(n+1)^{4}=n^{4}+4n^{3}+6n^{2}+4n+1$$n^{2}$$n$の項を、 $(n+1)^{3}=n^{3}+3n^{2}+3n+1$ を使って消去の項を、 $(n+1)^{2}=n^{2}+2n+1$ を使って消去$n^{4}+2n^{3}-2n-1$$n^{4}+2n^{3}+n^{2}$

これを 4 で割る。

5

關孝和の方法關 $(1640?\sim 1708)$ は、 「括要算法」 (死後出版、 1711) の朶積総術において、

次の方式を

与えた。

まず累裁招差之法として、 基礎変数の多項式として与えられたデータから、 この多項式を求める方法を与える。そして、 朶積術解において、 結果を次の式図の形で与える。
(第 1 節 関の式図)

原法原法原法原法原法原法原法原法原法原法原法12 11 10 9
8
7
6
5
4
3
2

280

乗乗乗乗乗乗乗乗法法法法法法法法法法法24 66 20 90 24 42 12 30 462

この表の意味は、 次の通りである。
いま、 一番左の十乗の列を取って説明する。

式図では、 この列の数は、 次の様である。

792,

1, 12, 66, 220, 495,
これに左側の取数を掛けると、

924,

792,

495,

220,

66,

12,

$0$

,
, 5,
,
, 22,
,
,
6, 11,
全体に 2 を掛けて分母のあるものを除く。それが、 次の十乗の列の数字である。
,, 10,, $-33$ ,, 44,, $-33$ ,2, 12, 22,
1,$0$$- \frac{33}{2}$

$0$

$0$

$0$

$- \frac{33}{2}$

$0$

$0$

$0$

$0$

$0$

$0$

$0$

そして、 この列には、 もともと式図の中で原法として 12 があるので、 それとこの 2 を掛けた 24 を法として割ったものが、 求めるものになる、 ということである。 この表の使い方として、 関は次のように述べている。
$s_{1}(n)$$=$$(n+1)n\div 2$$s_{2}(n)$$=$$((2n+3)n+1)n\div 6$$s_{3}(n)$$=$$((n+2)n+1)n^{2}\div 4$$s_{4}(n)$$=$$(((6n+15)n+10)n^{2}-1)n\div 30$$s_{5}(n)$$=$$(((2n+6)n+5)n^{2}-1)n^{2}\div 12$281$s_{6}(n)$$=$$((((6n+21)n+21)n^{2}-7)n^{2}+1)n\div 42$$s_{7}(n)$$=$$((((3n+12)n+14)n^{2}-7)r\iota^{2}+1)n^{2}\div 24$$s_{8}(n)$$=$$(((((10n+45)n+60)n^{2}-42)n^{2}+20)n^{2}-3)n\div 90$$s_{9}(n)$$=$$(((((2n+10)n+15)n^{2}-14)n^{2}+10)n^{2}-3)n^{2}\div 20$$s_{10}(n)$$=$$((((((6n+33)n+55)n^{2}-66)n^{2}+66)n^{2}-33)n^{2}+5)n\div 66$$s_{11}(n)$$=$$((((((2n+12)n+22)n^{2}-33)n^{2}+44)n^{2}-33)n^{2}+10)n^{2}\div 24$

關は、 この結果を得るのに、 累裁招差法というのを案出している。 累裁招差之法というのは、 補間法の一種と見ることができる。

關の 「括要算法」 巻元では、 朶積総術として、 はじめに上に述べた累裁招差法が述べられており、 その後、 朶積術解として、 朶積術が展開される。

そのはじめは、 $s_{1}(n)$ から $s_{11}(n)$ まで、 上記の表を使った方式で、 $n=3$ の場合の和が求められている。
次に、 圭朶演段、 平方朶演段、 立方朶演段、 三乗方朶演段、 四乗方朶演段、 五乗方朶演

段として、 式図の左に書かれた数

これを関は取数と呼んでいるが、 それを求める方式を与え、 その後に式図が書かれている。

いささか不思議な展開であるが、 これについては、 以前の論文 [竹之内] で、 詳しく論じたので、 ここには述べない。 ここでは、 関の述べている取数の定め方について、 記しておこう。

五乗方朶演段として述べられている六級取数の定め方について
一級取数 ($n^{7}$

二級取数 ($n^{6}$

三級取数 ($n^{5}$

四級取数 ($n^{4}$

五級取数 ($n^{3}$

六級取数 ($n^{2}$

これらの和$\frac{41}{6}$五乗方朶の式で$n$の係数) 1の係数) 7 のの係数) 21 のの係数) は$\frac{1}{2}=\frac{7}{2}$$\frac{1}{6}=\frac{21}{6}$$0$の係数) 35 のーの係数) は$\frac{1}{30}=-\frac{35}{30}$$0$を原法 7 から引くと、$\frac{1}{6}$となる。 これを七級数 7 で割るとの係数としてかかるもの、 すなゎち七級取数である。

$(7-(1+ \frac{1}{2}\cdot 7+\frac{1}{6}\cdot 21-\frac{1}{30}\cdot 35))\div 7=\frac{1}{42}$

そして、余は之に覆え、 と書いている。

$\underline{1}$

42

これが

282
これらの取数を得たあとで、 上にあげた第二の表は、 次の行列計算で作ることができる。

関は六級取数の作り方までしか書いていないので、 これも六乗方朶までの計算とする。
ベルヌイ数

二項係数

原法

$\{1000000$$\frac{1}{7}\ovalbox{\tt\small REJECT}\ovalbox{\tt\small REJECT}$

14$1111$$0237$

6

4

$0$

10 10

5

$0$

$\frac{1}{42}]$$0]\ovalbox{\tt\small REJECT} 1000000$$\frac{1}{2,00000}$$\frac{1}{2,00000}$$2103$

1$\frac{1}{3,0000}$

5

$350$

$\frac{1}{6,0000}$$0$$0_{0}0$$0 \frac{1}{6,0}$$\frac{1}{4,000}$$0000$

6

$0$

35 21

7

1615 2015$\frac{1}{5,00}$$- \frac{1}{30_{0},0}$$\frac{1}{42}\ovalbox{\tt\small REJECT}$$= \ovalbox{\tt\small REJECT}\frac\frac{\frac\frac 2\frac 341\frac 15161111}{7}$$\frac{1}{\frac{21}{\frac{21}{\frac{21}{\frac{21}{\frac{21}{2}}}}}}$$\frac{}{1}\frac{\frac\frac 64111}{53,\frac{21}{2}}$$0_{0}0$$0000$$– \frac{\frac 301}{-\frac{121}{6}1}$1

12$=\ovalbox{\tt\small REJECT} 0010000$$\frac{1}{42}\ovalbox{\tt\small REJECT}\ovalbox{\tt\small REJECT}$

1$\ovalbox{\tt\small REJECT}$$\frac{1}{2,00000}$$213216$

6$\frac{1}{6,0000}$

$15$

10

$21115$$0$$-1$$0_{0}0$$\frac{1}{12,0}0$$\frac{1}{4,000}$$000$$\frac{1}{30_{0},0}$2$-1-7$

6

1

283
6

Jakob Bernoulli の方法
Jakob Bernoulli (1654$\sim$

1705) は、 Ars Conjectandi (死後出版、 1715) において、 次の方式を与えている。

2 項係数の和の式から、$\sum_{k=1}^{n}\frac{(k-1).(k-2)}{12}=\frac{n(n-1)(.n-2)}{1\cdot 23}$

これから、$\frac{1}{2}s2(n)=\frac{n^{3}-3n^{2}+2n}{6}+\frac{3}{2}s_{1}(n)-n=\frac{1}{6}n^{3}+\frac{1}{4}n^{2}+\frac{1}{12}n$このような計算を、 $p=1,2,3$ の場合に示し、 そして説明なしに、 $p=1,$$\cdots,$

$10$

の結果を

一寛表として挙げる。

Summae Potestatum.
$\int n$$= \frac{1}{2}nn+\frac{1}{2}n$.

$\int nn=\div n^{l}+\frac{1}{2}nn+\frac{1}{6}r\iota$$\int n^{8}=\div n^{\ell}+\frac{1}{2}$.

n$ $+\div nn$.
.

$\int n\=\div n^{5}+\frac{1}{2}ll$$+ \div n\*-\frac{1}{30}n$$\int n$$+ \frac{5}{12}nr-\frac{1}{12}nn$$= \div n^{\mathfrak{g}}+\frac{1}{2}n$.

$\int n^{6}=\frac{1}{7}n^{1}+\frac{1}{2}n^{t}+\frac{1}{2}n^{f}r-\div n^{S}$$+ \frac{1}{42}n$.

$\int r\iota^{7}=\div n^{l}\dotplus\frac{1}{2}n?+\frac{7}{12}n^{6*}-\frac{7}{24}n*+\frac{1}{12}nn$$\int n^{8}=\div n^{l}+\frac{1}{2}n^{\epsilon}+\frac{2}{3}n^{7}*_{-\frac{7}{15}\#^{f*}}+\frac{2}{9}$$\int n^{1}=\frac{1}{10}n^{10}+\frac{1}{2}n$n$.
$*- \frac{1}{30}n$.

$+ \div n^{\epsilon s}-\frac{7}{10}n^{t*}+\frac{1}{2}n*-\frac{1}{12}nn$.

$\int n^{10}=\frac{1}{11}n^{11}+\frac{1}{2}n^{10}+\frac{s}{6}ll^{l}*-1’\prime^{1}*+\iota n*-\frac{1}{l}n^{f}*+\frac{5}{\infty}n$そして、 この結果を次の形にまとめている。

$\frac{1}{p+1}n^{p+1}+\frac{1}{2}n^{p}+\frac{p}{2}An^{p-1}-\frac{p(p-1)(p-2)}{2\cdot 3\cdot 4}Bn^{p-3}$$+ \frac{p(p-1)(p.-2)(p-3)(p-4)}{23\cdot 4\cdot 5\cdot 6}Cn^{p-5}$$- \frac{p(p-1)(p-2)(p.-3)(p-4)(p-5)(p-6)}{2\cdot 34\cdot 5\cdot 6\cdot 7\cdot 8}Dn^{p-7}$$+\cdots$.

284
ここで、 $A,$$A= \frac{1}{6},$

$D,$

$C,$

$B,$

$\cdots$$B=- \frac{1}{30},$は、 次のような数である。
$C= \frac{1}{42},$$D=- \frac{1}{30}$

これらの数を求めるのに、 Bernoulli は關と同じく、 次の方式を与えている。 例えば $D$ に
ついては、$\frac{1}{9}+\frac{1}{2}+\frac{2}{3}-\frac{7}{15}+\frac{2}{9}(+D)-\frac{1}{30}=1$(Bernoulli はこのように書いているが、 これは、 恐らく$\frac{1}{9}+\frac{1}{2}+\frac{2}{3}-\frac{7}{15}+\frac{2}{9}(+D)=1$

から、$D=- \frac{1}{30}$とすべきところの、 書き誤りであろう。 )これらの数は、 De Moivre によってベルヌイ数と呼ばれ $(1730)$、

その後この名が用いられている。

ベルヌイ数については、 6 ページに 30 番目までを与えた。

7

松永、 有馬、 李の方法
松永良弼

(1692

べた。それは、 や$k$1744) は、 「算法全経」 (1740?) において、 朶積術の新しい方法を述晦渋なものであったが、 有馬頼徳 (1714 1783) がその後「拾磯算法」$\sim$$\sim$(1769) の中で、 表を使った形で、 見やすいものとした。
この松永、 有馬の方法は、 後に李善蘭 (1811 1882) が述べたところによって、 明快に理$\sim$

解される。
はじめに、 有馬の述べているところに従って説明する。

有馬は、 例として、 5 乗方朶 $S6(n)$ を求める計算法を示す。その答は、 次のものである。
$\frac{1}{42}(((((6n+21)n+21)n^{2}-7)n^{2}+1)n)$

これを求めるために、 まず 5 乗衰朶の式を書く。 5 乗衰朶というのは、$\sum_{k=1}^{n}k(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)(k+5)$のことで、 その和は$\frac{1}{7}n(n+1)(n+2)(n+3)(n+4)(n+5)(n+6)$$= \frac{1}{7}(720n+1764n^{2}+1624n^{3}+735n^{4}+175n^{5}+21n^{6}+n^{7})$

である。

285
これを第一式と呼ぶ。 そしてこれを 1 ずっずらせていく。 (すなわち、$k-1,$ $k-2,$としたものを作る。

$\cdots$

第一式

720

$n$

$+$

1764

$n^{2}$

第二式$-120n$$-$154$n^{2}$

第三式

48

$n$

$+$

28

$n^{2}$

第四式$-36n$

$+$

第五式

48

$n$

$-$

28

$n^{2}$

第六式$-120n$$+$154$n^{2}$$0n^{2}$

これに段率として、 それぞれ$\frac{1}{7}$$k$はあとでつける。)

$+$

1624

$n^{3}$$+735n^{4}$

$+$

49

$n^{3}$$+140n^{4}$

$-$

56

$n^{3}$

$-$

$+$

49

$n^{3}$$-$

56$n^{3}$$+$

49$n^{3}$

$+$

35

35

$n^{4}$$n^{4}$$-140n^{4}$

1, 57, 302, 302, 57, 1$+\iota_{\overline{(}5n^{5}}$

$+$

70

$n^{5}$$+$

7$n^{5}$$-$

14$n^{5}$$+$

7$n^{5}$$+$

70$n^{5}$$+21n^{6}$$+n^{7}$$+14n^{6}$$+n^{7}$7$+n^{7}$$+$$+n^{7}$$-14n^{6}$$+n^{7}$を掛けて加えたものを 5040 で割っが求めるものである。
(5040 は、 それ以前の分母の累積、 すなわち、 $1\cross 2\cross 3\cross 4\cross 5\cross 6\cross 7$

この式の分子分母を 120 で約すれば、 上記の$\frac{1}{42}(n-7n^{3}+21n^{5}+21n^{6}+6n^{7})$となる。 )

段率というのは、 各朶によって異なる。 (下記の考察の項で説明する。 )

1

平方朶

1

1

立方朶

1

4

1

三乗方朶

1

11

11

1

四乗方朶

1

26

66

26

五乗方朶

1

57

302 302 57,$4\cross 2+1\cross 3=11$11

ここで、 これらの数が、$1\cross 3+4\cross 2=11$,,$1\cross 5+26\cross 2=57$,$1\cross 4+11\cross 2=26$,

11 $\cross 3+11\cross 3=66$ ,$26\cross 4+11\cross 2=302$

1 $\cross 6+57\cross 2=120$ ,というプロセスで求められることが述べられている。

7$n^{6}$$-$$\frac{1}{5040}(120n-840n^{3}+2520n^{5}+2520n^{6}+720n^{7})$圭朶$n^{6}$$+n^{7}$て得られる$1\cross 2+1\cross 2=4$のところを$\cdot\cdot\cdot$

,

286
◇

松永良弼算法全経
この方式は、 松永良弼が考案したものである。

算法全経には、 まず、 衰朶式が述べられている。
原法
圭

1

三角

13

再乗

1611

6

$0$

三乗

110

35

50

24

四乗

115

85

225

274120

五乗

121

175

735

16241764720

$0$

2

$0$

$0$

$0$

$0$

この表の作成法として、 前下級と原法を乗じ、 上級に加える、 とある。
そしてやや晦渋な方法で、
圭朶

1

平方朶

1

1

立方朶

1

4

1

三乗方朶

1

11

11

1

四乗方朶

1

26

66

26

1

までの乗数 (段率) を求めることが述べられている。
そして、 実例として、 三乗方朶の場合が挙げられている。
甲

24

乙

$-6n$

丙

4

丁

$-6n$

$n$

$+50n^{2}$$-$

5$n^{2}$

$n$

$+$

5

$n^{2}$$+35n^{3}$$+$

5$n^{3}$$-$

5$n^{3}$$+$

5$n^{3}$$+10n^{4}$$+$

5$n^{4}$$+n^{5}$$+n^{5}$$+n^{5}$$-$5$n^{4}$$+n^{5}$

そして、 これに、 三乗方朶の乗数を掛ける。

24

甲$\cross 1$

乙$\cross 11$$-66n$丙$\cross 11$44

丁$\cross 1$$n$$+50n^{2}$$+35n^{3}$$+10n^{4}$$+$$-55n^{2}$$+55n^{3}$$+55n^{4}$$+11n^{5}$$-6n$$+11n^{5}$$-55n^{3}$

$n$

$+$

5

$n^{2}$$+$

5$n^{3}$$n^{5}$$-$

5$n^{4}$$+$$n^{5}$

287
そして、 これを加える。
$-4n+40n^{3}+60n^{4}+24n^{5}$

これが三乗方朶式である。 これに約法 120 がつくので、 4 で約す。

1$\overline{30}^{(-n+10n^{3}+15n^{4}+6n^{5})}$

◇

李善蘭

朶積比類

李善蘭は、 その著「朶積比類」 (1867) の中で、 2 項係数の表と類似の表をいろいろ作って研究している。 その中に” 李氏数” と称されているものがある。 これは、すでに上にも登場している次の数である。
1
1
1

1

4
11

126
1

57

1

1

11

66
302

1

26
302

1
57

1

これらは” オイラー数” とも称されている。 いま、 $p$ 行目、 左から

$k$

番目の数を

$A_{k}^{p}$と書く。

このとき、 李は、 次のことを述べている。
$A_{k}^{p+1}$$=$$(p-k+2)A_{k-1}^{p}+kA_{k}^{p}$$n^{p}$$=$$\sum_{k=1}^{p}A_{k}^{p}(\begin{array}{ll}n+k -1p \end{array})$$\sum_{k=1}^{n}m^{p}$$=$$\sum_{k=1}^{p}A_{k}^{n}(\begin{array}{l}n+kp+1\end{array})$

これらについては、 以下に述べる。

(1)
(2)

(3)

288
考察
以上は、 原文に述べられているものであるが、 これだけでは、 何をやっているのか理解し難い。 ここで、 これらのことについて、 考察してみたい。

衰朶式のつくり方$\bullet$

松永が述べている衰朶式の係数の表
原法
圭

11

1

$0$

三角

21

3

2

$0$

再乗

3

1

6

11

6

$0$

三乗

41

10

35

50

24

四乗

5115

85

225 274

五乗

6

21

175

735

1

$0$

120

$0$

16241764720$0$のつくり方であるが、 前下級と原法を乗じ、 上級に加える、 とある。 これは、 前下級とは、求めようとする衰朶の一つ前の衰朶の対応する部分 (級) の一つ前の数に原法を掛けて、 その上の級に加えたものが、 求める級の数だ、 ということである。

例えば五乗衰朶の係数を見ると、
1は1$21=1\cross 6+15$$175=15\cross 6+85$$735=85\cross 6+225$$1624=225\cross 6+274$$1764=274\cross 6+120$$720=120\cross 6+0$として作るということである。
$\bullet$衰朶式の次々の展開

まず、 和をとる前の $k(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)(k+5)$を展開する。
$(k-1)k(k+1)(k+2)(k+3)(k+4),$、および$\cdots$$k(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)(k+5)=120k+274k^{2}+225k^{3}+85k^{4}+15k^{5}+k^{6}$$(k-1)k(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)=-24k-26k^{2}+15k^{3}+25k^{4}+9k^{5}+k^{6}$$(k-2)(k-1)k(k+1)(k+2)(k+3)=12k+4k^{2}-15k^{3}-5k^{4}+3k^{5}+k^{6}$$(k-3)(k-2)(k-1)k(k+1)(k+2)=-12k+4k^{2}+15k^{3}-5k^{4}-3k^{5}+k^{6}$$(k-4)(k-3)(k-2)(k-1)k(k+1)=24k-26k^{2}-15k^{3}+25k^{4}-9k^{5}+k^{6}$$(k-5)(k-4)(k-3)(k-2)(k-1)k=-120k+274k^{2}-225k^{3}+85k^{4}-15k^{5}+k^{6}$

289
1, 57, 302, 302, 57, 1

そして、 この各式に上の係数

720を掛けて加えると、$k^{6}$となる。

これを行列形で書くと、

15

1 57 302 302 57

$($

$=(0$

$0$

$0$

$0$

$0$

$1)\{\begin{array}{l}120 274 225 85-120-12-242412 -26-2627444 -225-15-1515 -5-58525 -15-9-31539 111111\ovalbox{\tt\small REJECT}\end{array}$$720)$

これの和をとったものが、 第一式、 第二式、係数を掛けて加えると、

$($

1

25

57 302 302 57、

第六式であるが、 これについて同様に、

1764 1624

735

175

$-154$

49

140

70

28

$-56$

$-35$

7

$1)\{\begin{array}{l}720-12048-3648-120\end{array}$$-14-7211407$$-280$$-564949$$-140350$$-14707$$154$$=(120$$0$$-840$$0$2520 2520$720)$

が得られる。
これによって、$\sum_{k=1}^{n}k^{6}$

となる。

$=$

$\frac{1}{7\cross 720}(120n-840n^{3}+2520n^{5}+2520n^{6}+720n^{7})$$=$$\frac{1}{42}(((((6n+21)n+21)n^{2}-7)n^{2}+1)n)$$111111\ovalbox{\tt\small REJECT}$

290
段率

$\bullet$

そこで、 次には、 これらの係数すなわち段率が、 有馬のいう方式でどうして求められるのか、 調べる。

有馬の著では、 いきなり五乗方朶の計算が飛び出すが、 これを次数の低いものから、やってみる。 上と同じく行列形で扱っていこう。

(1 1)$(\begin{array}{ll}l l-1 l\end{array})=(0$

$($

1

4

$($

1

11

$($

1

26 66 26

1

57 302 302 57

$($

$2)$

$1)(\begin{array}{ll}32 1o_{-l} l2-3 1\end{array})=(0$

11

$0$

$6)$

$1)(\begin{array}{lll}6 6l1 1-2 2_{-l} l2 -2_{-1} 1-6 ll-6 l\end{array})=(0$

$0$

$0$

$24)$

$1)\{\begin{array}{llll}24 3505 10 1-6 5-5 5 14 0-5 0 1-6 55 -5 l24 -5035 -10 l\end{array}\}=(0$$1)[-121202412$$-26-2627427444$$-225-15-152251515$$-5-585252585$$0$$-15-3-91593$

$0$

$0$

$120)$$111111]=(0$ここで、 左側に現れた係数は、 次のような操作で求められていく。

$0$

$0$

$0$

$0$

$720)$

291

(1 1)

$(01$

$22$

$($

1 4

$($

1

11

1

26 66 26$($$01)=(1$ 4$1)$$1)(\begin{array}{llll}1 3 0 00 2 2 00 0 3 1\end{array})=(1$

11

垣垣

$1)$

$1)(00010024033042000100]=(]$126

66 26$1)\{\begin{array}{l})1500000 2 4 0 0 00033000004200 0 0 0 5 1 )\end{array}$$\ovalbox{\tt\small REJECT}=(1$$1)$

57 302 302 57$1)$

松永、 有馬は、 このように順にやっていって、 このような図式を求め得たのであろう。実際、 有馬の拾磯算法には、 このような計算の方式が書いてあるが、 それをどのようにして得たのかは、 わからない。
$\bullet$

李善蘭の関係式李善蘭は、その著書「朶積比類」 (1867) の中で、次のことを示している。 (大西正男氏のご教示による。 李迫著、 大竹茂雄・陸人瑞訳「中国の数学通史」 参照)
上にあげた段率

292
1

1

1

41

1

について、 $p$ 行目、 左から

$k$

1

57

302

302

57

1

1

26

66

26

1

1

11

11

1

番目の数を

と書く。 このとき、 李は、 次のことを述べて$A_{k}^{p}$

いる。

(1)

$(p-k+2)A_{k-1}^{p}+kA_{k}^{p}$$A_{k}^{p+1}$$=$$n^{p}$$=$$\sum_{k_{=}- 1}^{p}A_{k}^{p}(\begin{array}{ll}n+k -1p \end{array})$$\sum_{m=1}^{n}m^{p}$$=$$\sum_{k=1}A_{k}^{p}p(\begin{array}{l}n+kp+l\end{array})$

(2)

(3)

(1) は、 行列形で書くと次のようになる。

1$p2$$p-13$$(A_{1}^{p}$$A_{2}^{p}$$A_{3}^{p}$...

$p.-.2$.

$p-10$

$p-2$

3

$..$

$A_{p}^{p})\{$$0$$\ovalbox{\tt\small REJECT}$$p2$

1$=(A_{1}^{p+1}$$A_{2}^{p+1}$$A_{3}^{p+1}$...

$A_{p+1}^{p+1})$

293$p=5$ の場合は、 次の式である。

$($

1

26 66 26$1)\ovalbox{\tt\small REJECT}_{0}^{1}0000002500340043005200001000\ovalbox{\tt\small REJECT}=(1$57 302 302 57$1)$(2) についても、 先取りして、 その $g\kappa\# 9$ な形を調べておこう。
$p=6$ とすると、$n^{6}=(\begin{array}{l}n6\end{array})+(\begin{array}{ll}n +1 6\end{array})+(\begin{array}{ll}n +2 6\end{array})+(\begin{array}{ll}n +3 6\end{array})+(\begin{array}{ll}n +4 6\end{array})+(\begin{array}{l}n+56\end{array})$$=$$\frac{n(n-1)(n-2)(n-3)(n-4)(n-5)}{6!}+57\frac{(n+1)n(n-1)(n-2)(n-3)(n-4)}{6^{\ovalbox{\tt\small REJECT}}}$$+$

302 $\frac{(n+2)(n+1)n(n-1)(n-2)(n-3)}{6^{\ovalbox{\tt\small REJECT}}}+302\frac{(n+3)(n+2)(n+1)n(n-1)(n-2)}{6!}$$+$57 $\frac{(n+4)(n+3)(n+2)(n+1)n(n-1)}{6!}+\frac{(n+5)(n+4)(n+3)(n+2)(n+1)n}{6!}$ということになり、 これは、 この考察のはじめに、 / 衰朶式の次々の展開’ として、 与えたものである。

(3) については、 この和をとった形であるから、 これが、 同じように、$\sum_{k=1}^{n}k^{6}=\frac{1}{7\cross 720}(120n-840n^{3}+2520n^{5}+2520n^{6}+720n^{7})$を一般化したものであることは、 納得されることであろう。
(2) の証明
右辺で、 $p$ のところに $p+1$ としたものを作る。

$\sum_{k=1}^{p+1}A_{k}^{p+1}(\begin{array}{ll}n+k -1p+1 \end{array})$

$=$

$=$

$\sum_{k=1}^{p+1}((p-k+2)A_{k-1}^{p}+kA_{k}^{p})(\begin{array}{ll}n+k -1p+1 \end{array})$$\sum_{k=1}^{p}(p-k+1)A_{k}^{p}(p:1nk)+\sum_{k_{-}--1}^{p}kA_{k}^{p}(\begin{array}{ll}n+k -lp+1 \end{array})$

294

$=$

$\sum_{k=1}^{p}A_{k}^{p}((p-k+1)(p:1nk)+k(n+k-1p+1))$$=$$\sum_{k=1}^{p}A_{k}^{p}(\frac{n+k}{p+1}(p-k+1)+\frac{n+k-p-1}{p+1}k)(\begin{array}{ll}n+k -lp \end{array})$$=$$\sum_{k=1}^{p}A_{k}^{p}n(\begin{array}{ll}n+k -lp \end{array})$$=$$n^{p+1}$(3) の証明(2) を用いれば、$\sum_{m=1}^{n}m^{p}=\sum_{k=1}^{p}A_{k}^{p}\sum_{m=1}^{n}(\begin{array}{ll}m+k -1p \end{array})$であるから、$\sum_{m=1}^{n}(\begin{array}{ll}m+k -lp \end{array})=(n:kp1)$が示されればよい。
一般に、$(\begin{array}{l}hk\end{array})+(\begin{array}{l}hk+l\end{array})=(h:_{1}1k)$である。
また、 $k\leqq p$ であるから、 この和は、 $m+k-1=p$から取ることになる。 その結果、 上の和は、 最終的に$(\begin{array}{l}n+kp+l\end{array})$

となる。

、

すなわち $m=p-k+1$ のところ

295
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