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martes, 18 de febrero de 2025

La suma 1+3+5+7+\ldots es una serie telescópica

Me propongo demostrar que la suma de toda secuencia de números naturales impares es un cuadrado perfecto

Estudiemos la serie S_n=\displaystyle \sum_{i=0}^{n-1}\,(2i+1)

Obsérvese que esta serie es, además de aritmética -con lo cual podríamos sumarla de una manera muy sencilla-, es también de tipo telescópico, pues puede reescribirse como la suma de un conjunto de términos positivos y negativos los cuales se anulan por parejas, salvo el primero y el último, que no se anula entre sí, quedando por tanto dicha suma igual al primero más el último. En efecto -y eso es lo que cuesta más de ver-, puede comprobarse que, por ejemplo, que la suma de los cuatro primeros términos, S_4 = \displaystyle \sum_{i=0}^{3}\,(2i+1)=1+3+5+7, puede reescribirse de la forma:
  S_4=1+3+5+7=
                =((0+1)-0^2)+(1+1)^2-1^2)+((2+1)^2-2^2)+((3+1)^2-3^2)
                  =(1-0)+(4-1)+(9-4)+(16-9)
                    =-1+1+4-4+9-9+16
                  =16
                    =4^2

Escribiendo la suma genérica para n términos: S_n=\displaystyle \sum_{i=0}^{n-1}\,(2i+1)= \sum_{i=0}^{n-1}\,\left((i+1)^2-i^2\right)=\ldots=n^2

Nota: Desde luego, si sumamos la serie mediante la fórmula de la suma de los primeros n términos consecutivos de una progresión aritmética de diferencia d=2, primer término a_0=1, y n-ésimo término a_n=a_0+(n-1)\,d=1+(n-1)\cdot 2=2n-1, obtendremos el mismo resultado. Es fácil comprobarlo; en efecto, S_{n}=\dfrac{a_0+a_n}{2}\cdot n=\dfrac{1+(2n-1)}{2}\cdot n=\dfrac{2n}{2}\cdot n=n^2
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