規則性のn番目の式|増え方が一定の数列を求める基本4問

規則性のn番目の式|増え方が一定の数列を求める基本4問
にゃんこ
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規則性の問題で、次の数は分かるのに「n番目の数を式で表しなさい」と言われると困ってしまうことはありませんか?

このページでは、丸を並べた図と数列の基本4問を使って、増える数が一定のときに、n番目の式を作る方法を学びます。最初の数と増え方から求める方法に加えて、仮の0番目や一次関数を使う考え方も紹介します。

にゃんこ
n番目になると、何から考えたらいいのか分からなくなるんだよね。
坂田先生
まずは「1番目はいくつ?」「1回でいくつ増える?」を確かめましょう。具体的な数で考えてから、n番目に広げると分かりやすくなります。
このページの内容
  1. n番目の意味と、増やす回数の考え方
  2. 丸を数える基本3問(教材の問2~4)
  3. 10、13、16、19……のn番目(教材の問5)
  4. 0番目・一次関数を使う別の考え方
  5. 答えを隠して短時間で復習する練習
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n番目の数は、どのような数?

\(n\) は、何番目かを表す文字です。\(n=1\) なら1番目、\(n=4\) なら4番目を表します。このページでは、\(n\) は1以上の整数とします。

例えば、n番目の数が \(2n\) なら、1番目は \(2\times1=2\)、4番目は \(2\times4=8\) です。番号を入れ替えるだけで、それぞれの数が求められます。

図の「……」は、同じ並び方が途中にも続いていることを表します。まずは4番目の図や数を見て、「どう数えるか」「何回増やしたか」を説明してから、n番目の式を考えてみましょう。

問2|丸が1個ずつ増える規則性

問題2

次の図のように丸を並べます。\(n\) 番目に並んだ丸の数を、\(n\) を使った式で表しなさい。

問題2:丸を並べた1番目から4番目とn番目の図

1番目は1個、2番目は2個、3番目は3個、4番目は4個です。番号と丸の個数が、そのまま対応しています。

したがって、n番目の丸の数は \(n\) 個です。

「最初の1個に、1個ずつ足す」と考えても求められます。

\(1+1\times(n-1)=1+n-1=n\)(個)

1番目から4番目までに丸を増やすのは3回。1番目からn番目までなら、\(n-1\) 回です。

問3|丸が2段に並ぶ規則性

問題3

次の図のように丸を2段に並べます。\(n\) 番目に並んだ丸の総数を、\(n\) を使った式で表しなさい。

問題3:丸を並べた1番目から4番目とn番目の図

1番目は2個、2番目は4個、3番目は6個、4番目は8個です。

n番目の図では、1段にn個の丸があり、それが2段あります。問2の並びを2つ用意したものと考えれば、

\(n\times2=2n\)(個)

答えは \(2n\) 個です。「n個が2組」「n+n」と説明しても同じです。

最初の2個に、2個ずつ \(n-1\) 回足す方法でも、\(2+2(n-1)=2n\) となります。

問4|1、3、5、7……と増える規則性

問題4

次の図のように、丸の数が1個、3個、5個、7個……と増えていきます。同じ規則で並べたとき、\(n\) 番目の丸の数を、\(n\) を使った式で表しなさい。

問題4:丸を並べた1番目から4番目とn番目の図

問2・問3・問4の個数を比べてみます。

問題2・3・4の関係:n個を2倍して2n個にし、そこから1個引くと2n−1個になる

問2のn個を2倍すると、問3の \(2n\) 個になります。問4の丸の数は、問3の個数より1個少なくなっています。

例えば4番目なら、問3は8個、問4は7個です。同じように、n番目では \(2n\) 個より1個少ないので、

\(2n-1\) 個

と表せます。

1番目は1個です。その後は、番号が1つ上がるたびに2個ずつ増えます。

問題4:1、3、5、7と2ずつ増えるため、1+2×(n−1)=2n−1と求める

2番目は \(1+2\times1=3\) 個、3番目は \(1+2\times2=5\) 個、4番目は \(1+2\times3=7\) 個です。

n番目までに2個ずつ増やす回数は \(n-1\) 回なので、

\(1+2(n-1)\)
\(=1+2n-2\)
\(=2n-1\)(個)

答えは \(2n-1\) 個です。

式の「1」が最初の個数、「2」が1回に増える個数、「n−1」が増やす回数に対応しています。

2ずつ増える並びを、反対向きに1つ戻ってみます。1番目が1なので、仮の0番目は \(1-2=-1\) です。

問題4:1番目の1から2を引き、仮の0番目を−1とする表

0番目からn番目までなら、増やす回数はn回です。したがって、

\(-1+2n=2n-1\)(個)

と求められます。

「−1個の丸が実際にある」という意味ではありません。
同じ増え方を1つ前まで延ばして、式を作りやすくするための仮の数です。問題のnは1以上なので、実際の丸の個数は正の整数になります。

一次関数を習っている人は、番号を \(x\)、丸の個数を \(y\) として考えることもできます。

番号が1増えると個数が2増えるので、増える数が一定という条件から、対応する点は傾き2の直線上に並びます。

問題4:点(1,1)と(2,3)を通り、切片が−1の直線y=2x−1

この直線は \(y=2x+b\) と表せます。1番目は1個なので、点 \((1,1)\) を通ります。

\(1=2\times1+b\)
\(b=-1\)

よって \(y=2x-1\)。番号をnとすれば、n番目の丸の数は \(2n-1\) 個です。

2点を通る直線として求めてもよい

1番目・2番目から分かる2点 \((1,1)\)、\((2,3)\) を使う方法もあります。\(y=ax+b\) にそれぞれ代入すると、

\(a+b=1\)
\(2a+b=3\)

この2つの式から \(a=2\)、\(b=-1\) となり、同じ直線 \(y=2x-1\) が求められます。

グラフの縦軸との交点は \((0,-1)\) です。これは、別解1で考えた「仮の0番目が−1」と対応しています。グラフでは直線を描きますが、この問題で使う番号は1、2、3……です。

問5|10、13、16、19……のn番目

問題5

10、13、16、19……と、3ずつ増える数の並びがあります。同じ規則が続くとき、\(n\) 番目の数を、\(n\) を使った式で表しなさい。

問題5:1番目から10、13、16、19と3ずつ増える数列

1番目は10、1回に増える数は3です。4番目なら、10に3を3回加えるので、\(10+3\times3=19\) になります。

n番目までは3を \(n-1\) 回加えるので、

\(10+3(n-1)\)
\(=10+3n-3\)
\(=3n+7\)

答えは \(3n+7\)です。

1番目の10から、増える数の3を引いてみます。仮の0番目は \(10-3=7\) です。

問題5:1番目の10から3を引き、仮の0番目を7とする表

0番目の7からn番目までは、3をn回加えるので、

\(7+3n=3n+7\)

と求められます。式の「+7」は、1番目の10をそのまま使ったものではなく、仮の0番目の数です。

番号を \(x\)、対応する数を \(y\) とします。番号が1増えると数が3増えるため、直線の式を \(y=3x+b\) と表せます。

問題5:1増えると3増え、切片が7になる直線y=3x+7

1番目は10なので、\((1,10)\) を代入すると、

\(10=3\times1+b\)
\(b=7\)

したがって \(y=3x+7\)。n番目の数は \(3n+7\)です。切片7は、仮の0番目の数と一致しています。

2点 \((1,10)\)、\((2,13)\) を通る直線として求める場合は、\(y=ax+b\) に代入して、

\(a+b=10\)
\(2a+b=13\)

この2式から \(a=3\)、\(b=7\) と求められます。増える数が一定だと分かっているので、一次関数を使ってよいことを確認してから、この方法を使いましょう。

増える数が一定なら、2つの作り方を使い分けよう

式を作る基本

1番目から考えるとき
n番目の数=1番目の数+増える数×\((n-1)\)

仮の0番目から考えるとき
仮の0番目=1番目の数−増える数
n番目の数=仮の0番目+増える数×\(n\)

にゃんこ
n回なのか、n−1回なのかで迷いそう。
坂田先生
出発点を確かめてください。1番目から始めたらn−1回、0番目から始めたらn回です。4番目なら何回か、と具体的に考えると確認できます。
問題 1番目 増える数 1番目から作った式 答え
問2 1 1 \(1+(n-1)\) \(n\) 個
問3 2 2 \(2+2(n-1)\) \(2n\) 個
問4 1 2 \(1+2(n-1)\) \(2n-1\) 個
問5 10 3 \(10+3(n-1)\) \(3n+7\)

間違えやすいところと、式の確かめ方

1番目の数を、そのまま最後に足さない

問5を \(3n+10\) とすると、\(n=1\) のとき13になり、1番目の10と合いません。増やす回数をn回にするなら、出発点は仮の0番目の7です。

n=1だけでなく、ほかの番号でも確かめる

式ができたら、1番目と4番目などを代入し、問題図や数列と一致するか確認します。問4なら \(2\times1-1=1\)、\(2\times4-1=7\) です。

ただし、いくつかの番号で一致しただけでは、どの番号でも正しいことの説明にはなりません。図のどこを数えたか、なぜその回数になるかを説明したうえで、代入を見直しに使いましょう。

増える数が一定か、先に調べる

例えば1、4、9、16……では、増える数が3、5、7……と変わります。このとき、ここまでの「同じ数を足す」方法は、そのままでは使えません。

まず数を書き出し、知っている平方数の並びなどに当てはまるかを考えます。それでも分からなければ、図を分ける・並べ替える・重複した分を引くなど、数え方を工夫します。増え方が一定でない問題は、関連する別の記事でも扱います。

答えを隠して、短時間で復習できるようにしよう

最初は時間をかけて、式の意味を理解してください。理解できたら解説を閉じ、上の4つの問題だけを見て、次のことを説明してみましょう。

  1. n番目の式を言う。
  2. 図から直接数える方法や、最初の数から足す方法を説明する。
  3. 問4・問5は、仮の0番目を使った式も言う。
  4. 一次関数を習っている人は、傾き・切片・通る2点を説明する。

つまずいたところだけ解説を開き直します。自分で説明できるようになった問題は、正確さを保ちながら、4問を復習する時間を少しずつ短くしていきましょう。

「理解した問題を、すぐ復習できる状態」に仕上げます。
答えだけを丸暗記するのではなく、図や並んだ数を見て、式の作り方を短い時間で思い出せるようにしましょう。

  • 問2:\(n\) 個
  • 問3:\(2n\) 個
  • 問4:\(2n-1\) 個。1番目からなら \(1+2(n-1)\)、0番目からなら \(-1+2n\)。
  • 問5:\(3n+7\)。1番目からなら \(10+3(n-1)\)、0番目からなら \(7+3n\)。

パターン別に学習したい&印刷したい方へ

坂田先生
にゃんこ
プリントアウトしたい方、動画の実演を見ながら高速復習する方法を身に付けたい方は、規則性の教材ページをご覧ください。