长度为 $n$($n\in\mathbb N^{\ast}$)的线段上每隔间距 $1$ 有一个点,共 $n+1$ 个点(包括线段端点),以这些点为端点构成的线段条数为_____;这些线段长度的总和为_____.
答案 $\dfrac12n(n+1)$;$\dfrac16n(n+1)(n+2)$.
解析 以这些点为端点构成的线段条数为 $\dbinom{n+1}2=\dfrac{n(n+1)}2$;这些线段按长度 $k=1,2,\cdots,n+1$ 分类,长度的总和为\[\begin{split} \sum_{k=1}^{n+1}\big(k\cdot (n+1-k)\big)&=(n+1)\sum_{k=1}^{n+1}k-\sum_{k=1}^{n+1}k^2\\ &=(n+1)\cdot \dfrac{(n+1)(n+2)}2-\dfrac 16(n+1)(n+2)(2n+3)\\&=\dfrac 16n(n+1)(n+2).\end{split}\]
备注 注意到 $\dfrac 16n(n+1)(n+2)=\dbinom{n+2}3$,可以构造映射:从等间距(间距为 $1$)的 $n+2$ 个点(编号分别为 $0,1,\cdots,n+1$)中任选 $3$ 个,从左到右记为 $A,B,C$,则当 $B$ 的位置确定为 $k$ 时,$A$ 的可能位置数为 $k$,$C$ 的可能位置数为 $(n+1-k)$,于是所求线段长度的总和为 $\dbinom{n+2}3$.
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