Вот доказательство:
То есть, строгое доказательство этих формул требует знания высшей математики (интегрального исчисления). Может поэтому учитель и отказывается? Вы в котором классе?
Можно просто просуммировать ряд и получить эту формулу. Даже не зная интегрирования это легко сделать.