Die Summe der ersten N Quadratzahlen

Wir betrachten die Summe der ersten N Quadratzahlen, also 1+4+9+...+N2.

 SummeFaktorisierung  3*Summe 2*3*Summe
1     1   1  1   1   1  1   3   1  2   3
1+4     5   1  1  5   1  3  5   2  3  5
1+4+9    14    1  2  7   3  2  7   3  4  7
1+4+9+16    30    2  5  3   2  5  9 usw
1+4+9+16+25    55    5  111   5  311
1+4+9+16+25+36    91    1  713   3  713
1+4+9+16+25+36+49   140    7  4  5   7  415
1+4+9+16+25+36+49+64   204    4  317   4  917
1+4+9+16+25+36+49+64+81  285  3  519   9  519
1+4+9+16+25+36+49+64+81+100  385  511  7   51121
1+4+9+16+25+36+49+64+81+100+121   50611  223 11  623
1+4+9+16+25+36+49+64+81+100+121+144   650  21325   61325
1+4+9+16+25+36+49+64+81+100+121+144+169    819 13  7  9 13  727

 

Diese Formel steht schon bei Brahmagupta (598-670),
in seinem Buch Brahmasphutasiddhanta (628),
allerdings ohne Beweis.

Beweise:

Hier das Zusammensetzen von drei derartigen Pyramiden:

Man erhält einen Quader "mit einer Außentreppe".
Offensichtlich bilden zwei solche Quader mit ihren Außentreppen zusammen einen kompakten Quader!


Für großes N ähneln diese Pyramiden denjenigen Pyramiden, die man von der Würfel-Drittelung durch kongruente Pyramiden kennt:

Im Chinesischen heißen diese Pyramiden Yang-ma, sie spielen eine wichtige Rolle zum Beispiel bei der Berechnung des Volumens von Pyramiden-Stümpfen (Liu Hui, 3.Jh.u.Z., Kommentar zu den 9 Kapiteln).


Die obigen Pyramiden, die wir beim Beweis der Formel für die Summe der ersten N Quadratzahlen verwendet haben, verallgemeinern den geometrischen Beweis für die Summe der ersten N Zahlen.

Hier der Fall N=5: