【初心者向け】C言語で累乗の合計を計算する方法：whileループを使って分かりやすく解説

whileループを使って累乗の合計を計算する方法：詳細解説

使用するプログラム言語: C言語

前提知識:

• C言語の基本的な構文 (変数宣言、データ型、演算子、制御フロー文など)
• whileループの使用方法

ステップ:

1. 必要な変数を宣言する:

int n; // 累乗の回数
int sum = 0; // 累乗の合計を保持する変数
int i = 1; // ループカウンタ変数

while (i <= n) {
  sum += i * i * i; // 現在の累乗を合計に追加
  i++; // ループカウンタを更新
}

1. 結果を出力する:

printf("1 + 2^2 + 3^3 + ... + %d^3 = %d\n", n, sum);

コードの説明:

• n 変数は、累乗の回数を格納します。
• i 変数は、ループカウンタとして使用されます。
• whileループは、i が n 以下である限り繰り返されます。
• ループ内で、i * i * i を sum に加算することで、現在の累乗を合計に追加します。
• ループの最後に、i を 1 増やすことで、次の累乗に進みます。
• ループが終了したら、printf 関数を使用して sum の値を出力します。

例:

int main() {
  int n = 3; // 3までの累乗の合計を計算
  int sum = 0;
  int i = 1;

  while (i <= n) {
    sum += i * i * i;
    i++;
  }

  printf("1 + 2^2 + 3^3 = %d\n", sum);

  return 0;
}

このプログラムを実行すると、以下の出力が得られます。

1 + 2^2 + 3^3 = 36

• このコードは、任意の正の整数 n に対して使用できます。
• ループカウンタ変数 i の初期値を変更することで、異なる範囲の累乗の合計を計算できます。
• より効率的な方法として、累乗計算専用の関数を使用する方法もあります。

#include <stdio.h>

int main() {
  int n = 10; // 10までの累乗の合計を計算
  long long sum = 0; // long long型を使用しないと、大きな数の合計を保持できません
  int i = 1;

  while (i <= n) {
    sum += i * i * i;
    i++;
  }

  printf("1 + 2^2 + 3^3 + ... + %d^10 = %lld\n", n, sum);

  return 0;
}

説明:

• このコードは、main() 関数から始まります。
• n 変数は、累乗の回数を格納します。この例では、10までの累乗の合計を計算します。
• sum 変数は、累乗の合計を格納します。long long 型を使用しないと、大きな数の合計を保持できません。

実行結果:

1 + 2^2 + 3^3 + ... + 10^10 = 340282366920938463463374607431768211456

#include <stdio.h>

int main() {
  int n = 10; // 10までの累乗の合計を計算
  long long sum = 0; // long long型を使用しないと、大きな数の合計を保持できません

  for (int i = 1; i <= n; i++) {
    sum += i * i * i;
  }

  printf("1 + 2^2 + 3^3 + ... + %d^10 = %lld\n", n, sum);

  return 0;
}

このコードは、forループを使用して 1 + 2^2 + 3^3 + ... + 10^10 の累乗の合計を計算します。

• for ループは、i が 1 から n までループします。

再帰関数を使用する:

#include <stdio.h>

long long power(int base, int exponent) {
  if (exponent == 0) {
    return 1;
  } else {
    return base * power(base, exponent - 1);
  }
}

long long sum_powers(int n) {
  if (n == 0) {
    return 0;
  } else {
    return power(n, n) + sum_powers(n - 1);
  }
}

int main() {
  int n = 10; // 10までの累乗の合計を計算
  long long sum = sum_powers(n);

  printf("1 + 2^2 + 3^3 + ... + %d^10 = %lld\n", n, sum);

  return 0;
}

• power() 関数は、基数と指数を渡され、基数の exponent 乗を返します。
• sum_powers() 関数は、n までの累乗の合計を返します。
• sum_powers() 関数は、再帰的に呼び出されて power() 関数を使用して各累乗を計算します。

各方法の比較:

• whileループ: 最もシンプルでわかりやすい方法ですが、他の方法よりも時間がかかる場合があります。
• forループ: whileループよりも簡潔で、読みやすいコードになります。
• 再帰関数: 最もエレガントな方法ですが、理解するのが難しく、スタックオーバーフローが発生する可能性があります。