六角数

六角数（ろっかくすう、hexagonal number）とは多角数の一種で、正六角形の形に点を下図のように並べたとき、図に含まれる点の総数にあたる自然数である。六角数は無数にあり、そのなかでは1が最も小さい。4で割ると1余る整数を1から小さい順に加えた数と定義してもよい。

例：6 = 1 + 5 、15 = 1 + 5 + 9 、120 = 1 + 5 + 9 + 13 + 17 + 21 + 25 + 29

1		6		15		28
*		** * * **		*** ** * * * * ** * ***		**** *** * ** * * * * * * ** * * *** * ****

n番目の六角数を H_n とすると上図より

H₁ = 1 , H_n+1 = H_n + 4n + 1

が導かれる。よって六角数の式は

[math]H_n = H_1 + \sum_{k=1}^{n-1} (4k + 1) = n(2n-1) \quad (n \geqq 2)[/math]

これは n = 1 のときも成り立つ。六角数を小さいものから順に列記すると

1, 6, 15, 28, 45, 66, 91, 120, 153, 190, 231, 276, 325, 378, 435, 496, 561, 630, 703, 780, 861, 946, …（オンライン整数列大辞典の数列 A384）

となる。

n 番目の六角数は 2n − 1 番目（すなわち奇数番目）の三角数に等しい。ゆえに全ての六角数は三角数でもある。

また偶数の完全数は全て奇数番目の三角数でもあるので、知られている完全数は全て六角数でもある。この偶数の六角数は 2n(4n − 1) で表すことができる。この偶数の六角数は

6, 28, 66, 120, 190, 276, 378, 496, 630, 780, 946,…である。（オンライン整数列大辞典の数列 A014635）

六角数は1から順に奇数と偶数が交互に現れる。また1以外の六角数は全て合成数である。

全ての自然数は高々6つの六角数の和で表すことができる（→多角数定理）。 ただし1791よりも大きな自然数は4つの六角数の和で表すことができ、十分に大きい自然数は3つの六角数の和で表すことができる。6つの六角数が必要な数は11と26の二つのみで次のような和の形で表される。

11 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 6 、26 = 1 + 1 + 6 + 6 + 6 + 6

六角数の逆数の総和は以下のようになる。lnは自然対数とする。

[math]\begin{align} \sum_{k=1}^{\infty} \frac{1}{k(2k-1)} &= \lim_{n \to \infty}2\sum_{k=1}^{n} \left(\frac{1}{2k-1} - \frac{1}{2k} \right)\\ &= \lim_{n \to \infty}2\sum_{k=1}^{n} \left(\frac{1}{2k-1} + \frac{1}{2k} - \frac{1}{k} \right)\\ &= 2 \lim_{n \to \infty}\left(\sum_{k=1}^{2n}\frac{1}{k} - \sum_{k=1}^{n}\frac{1}{k}\right)\\ &= 2 \lim_{n \to \infty}\sum_{k=1}^{n}\frac{1}{n+k} \\ &= 2 \lim_{n \to \infty}\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}\frac{1}{1+\frac{k}{n}}\\ &= 2 \int_{0}^{1}\frac{1}{1+x}dx \\ &= 2 [ \ln(1+x) ]_{0}^{1} \\ &= 2 \ln{2}\\ & \approx{1.386294}\cdots\\ \end{align}[/math]

関連項目

• 三角数
• 多角数

外部リンク

• Weisstein, Eric W. “Hexagonal Number”. MathWorld（英語）.