Закономерность чисел в треугольнике

Видео:Треугольник ПаскаляСкачать

Основная формула

Строки треугольника обычно нумеруются, начиная со строки n = 0 в верхней части. Записи в каждой строке целочисленные и нумеруются слева, начиная с k = 0, обычно располагаются в шахматном порядке относительно чисел в соседних строчках. Построить фигуру можно следующим образом:

• В центре верхней части листа ставится цифра «1».
• В следующем ряду — две единицы слева и справа от центра (получается треугольная форма).
• В каждой последующей строке ряд будет начинаться и заканчиваться числом «1». Внутренние члены вычисляются путём суммирования двух цифр над ним.

Запись в n строке и k столбце паскалевской фигуры обозначается (n k). Например, уникальная ненулевая запись в самой верхней строке (0 0) = 1. С помощью этого конструкция предыдущего абзаца может быть записана следующим образом, образуя формулу треугольника Паскаля (n k) = (n — 1 k-1) + (n — 1 k), для любого неотрицательного целого числа n и любого целого числа k от 0 до n включительно. Трёхмерная версия называется пирамидой или тетраэдром, а общие — симплексами.

Видео:Что скрывает фрактальный треугольник? // Vital MathСкачать

История открытия

Паскаль ввёл в действие многие ранее недостаточно проверенные способы использования чисел треугольника, и он подробно описал их в, пожалуй, самом раннем из известных математических трактатов, специально посвящённых этому вопросу, в труде об арифметике Traité du triangle (1665). За столетия до того обсуждение чисел возникло в контексте индийских исследований комбинаторики и биномиальных чисел, а у греков были работы по «фигурным числам».

Из более поздних источников видно, что биномиальные коэффициенты и аддитивная формула для их генерации были известны ещё до II века до нашей эры по работам Пингала. К сожалению, бо́льшая часть трудов была утеряна. Варахамихира около 505 года дал чёткое описание аддитивной формулы, а более подробное объяснение того же правила было дано Халаюдхой (около 975 года). Он также объяснил неясные ссылки на Меру-прастаара, лестницы у горы Меру, дав первое сохранившееся определение расположению этих чисел, представленных в виде треугольника.

Примерно в 850 году джайнский математик Махавира вывел другую формулу для биномиальных коэффициентов, используя умножение, эквивалентное современной формуле. В 1068 году Бхаттотпала во время своей исследовательской деятельности вычислил четыре столбца первых шестнадцати строк. Он был первым признанным математиком, который уравнял аддитивные и мультипликативные формулы для этих чисел.

Примерно в то же время персидский учёный Аль-Караджи (953–1029) написал книгу (на данный момент утраченную), в которой содержалось первое описание треугольника Паскаля. Позднее работа была переписана персидским поэтом, астрономом и математиком Омаром Хайямом (1048–1131). Таким образом, в Иране фигура упоминается как треугольник Хайяма.

Известно несколько теорем, связанных с этой темой, включая биномы. Хайям использовал метод нахождения n-x корней, основанный на биномиальном разложении и, следовательно, на одноимённых коэффициентах. Треугольник был известен в Китае в начале XI века благодаря работе китайского математика Цзя Сианя (1010–1070). В XIII веке Ян Хуэй (1238–1298) представил этот способ, и поэтому в Китае он до сих пор называется треугольником Ян Хуэя.

На западе биномиальные коэффициенты были рассчитаны Жерсонидом в начале XIV века, он использовал мультипликативную формулу. Петрус Апиан (1495–1552) опубликовал полный треугольник на обложке своей книги примерно в 1527 году. Это была первая печатная версия фигуры в Европе. Майкл Стифель представил эту тему как таблицу фигурных тел в 1544 году.

В Италии паскалевский треугольник зовут другим именем, в честь итальянского алгебраиста Никколо Фонтана Тарталья (1500–1577). Вообще, современное имя фигура приобрела благодаря Пьеру Раймонду до Монтрмору (1708), который назвал треугольник «Таблица Паскаля для сочетаний» (дословно: Таблица мистера Паскаля для комбинаций) и Абрахамом Муавром (1730).

Видео:Игры хаоса. Фракталы [Numberphile на русском]Скачать

Отличительные черты

Треугольник Паскаля и его свойства — тема довольно обширная. Главное, в нём содержится множество моделей чисел. Обзор следует начать с простого — ряды:

• Сумма элементов одной строки в два раза больше суммы строки, предшествующей ей. Например, строка 0 (самая верхняя) имеет значение 1, строчка 1–2, а 2 имеет значение 4 и т. д. Это потому что каждый элемент в строке производит два элемента в следующем ряду: один слева и один справа. Сумма элементов строки n равна 2 n .
• Принимая произведение элементов в каждой строке, последовательность продуктов можно связать с основанием натурального логарифма.
• В треугольнике Паскаля через бесконечный ряд Нилаканты можно найти число Пи.
• Значение строки, если каждая запись считается десятичным знаком (имеется в виду, что числа больше 9 переносятся соответственно), является степенью 11 (11 n для строки n). Таким образом, в строке 2 ⟨1, 2, 1⟩ становится 11 2 , равно как ⟨1, 5, 10, 10, 5, 1⟩ в строке пять становится (после переноса) 161, 051, что составляет 11 5 . Это свойство объясняется установкой x = 10 в биномиальном разложении (x + 1) n и корректировкой значений в десятичной системе.
• Некоторые числа в треугольнике Паскаля соотносятся с числами в треугольнике Лозанича.
• Сумма квадратов элементов строки n равна среднему элементу строки 2 n. Например, 1 2 + 4 2 + 6 2 + 4 2 + 1 2 = 70.
• В любой строчке n, где n является чётным, средний член за вычетом члена в двух точках слева равен каталонскому числу (n / 2 + 1).
• В строчке р, где р представляет собой простое число, все члены в этой строке, за исключением 1s, являются кратными р.
• Чётность. Для измерения нечётных терминов в строке n необходимо преобразовать n в двоичную форму. Пусть x будет числом 1s в двоичном представлении. Тогда количество нечётных членов будет 2 х . Эти числа являются значениями в последовательности Гулда.
• Каждая запись в строке 2 n -1, n ≥ 0, является нечётной.
• Полярность. Когда элементы строки треугольника Паскаля складываются и вычитаются вместе последовательно, каждая строка со средним числом, означающим строки с нечётным числом целых чисел, даёт 0 в качестве результата.

Диагонали треугольника содержат фигурные числа симплексов. Например:

• Идущие вдоль левого и правого краёв диагонали содержат только 1.
• Рядом с рёбрами диагонали содержат натуральные числа по порядку.
• Двигаясь внутрь, следующая пара содержит треугольные числа по порядку.
• Следующая пара — тетраэдрические, а следующая пара — числа пятиугольника.

Существуют простые алгоритмы для вычисления всех элементов в строке или диагонали без вычисления других элементов или факториалов.

Видео:ЧИСЛО БОГА, УДИВИТЕЛЬНАЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЬ [Число ПИ и Скатерть Улама]Скачать

Общие свойства

Образец, полученный путём раскраски только нечётных чисел, очень похож на фрактал, называемый треугольником Серпинского. Это сходство становится всё более точным, так как рассматривается больше строк в пределе, когда число рядов приближается к бесконечности, получающийся в результате шаблон представляет собой фигуру, предполагающую фиксированный периметр. В целом числа могут быть окрашены по-разному в зависимости от того, являются ли они кратными 3, 4 и т. д.

В треугольной части сетки количество кратчайших путей от заданного до верхнего угла треугольника является соответствующей записью в паскалевском треугольнике. На треугольной игровой доске Плинко это распределение должно давать вероятности выигрыша различных призов. Если строки треугольника выровнены по левому краю, диагональные полосы суммируются с числами Фибоначчи.

Благодаря простому построению факториалами можно дать очень простое представление фигуры Паскаля в терминах экспоненциальной матрицы: треугольник — это экспонента матрицы, которая имеет последовательность 1, 2, 3, 4… на её субдиагонали, а все другие точки — 0.

Количество элементов симплексов фигуры можно использовать в качестве справочной таблицы для количества элементов (рёбра и углы) в многогранниках (треугольник, тетраэдр, квадрат и куб).

Шаблон, созданный элементарным клеточным автоматом с использованием правила 60, является в точности паскалевским треугольником с биномиальными коэффициентами, приведёнными по модулю 2. Правило 102 также создаёт этот шаблон, когда завершающие нули опущены. Правило 90 создаёт тот же шаблон, но с пустой ячейкой, разделяющей каждую запись в строках. Фигура может быть расширена до отрицательных номеров строк.

Видео:Последовательности как найти закономерность.Скачать

Секреты треугольника

Конечно, сейчас большинство расчётов для решения задач не в классе можно сделать с помощью онлайн-калькулятора. Как пользоваться треугольником Паскаля и для чего он нужен, обычно рассказывают в школьном курсе математики. Однако его применение может быть гораздо шире, чем принято думать.

Начать следует со скрытых последовательностей. Первые два столбца фигуры не слишком интересны — это только цифры и натуральные числа. Следующий столбец — треугольные числа. Можно думать о них, как о серии точек, необходимых для создания групп треугольников разных размеров.

Точно так же четвёртый столбец — это тетраэдрические числа или треугольные пирамидальные. Как следует из их названия, они представляют собой раскладку точек, необходимых для создания пирамид с треугольными основаниями.

Столбцы строят таким образом, чтобы описывать «симплексы», которые являются просто экстраполяциями идеи тетраэдра в произвольные измерения. Следующий столбец — это 5-симплексные числа, затем 6-симплексные числа и так далее.

Полномочия двойки

Если суммировать каждую строку, получатся степени основания 2 начиная с 2⁰ = 1. Если изобразить это в таблице, то получится следующее:

Суммирование строк показывает силы базы 2.

Силы одиннадцати

Треугольник также показывает силы основания 11. Всё, что нужно сделать, это сложить числа в каждом ряду вместе. Как показывает исследовательский опыт, этого достаточно только для первых пяти строк. Сложности начинаются, когда записи состоят из двузначных чисел. Например:

Оказывается, всё, что нужно сделать — перенести десятки на одно число слева.

Совершенные квадраты

Если утверждать, что 4² — это 6 + 10 = 16, то можно найти идеальные квадраты натуральных чисел в столбце 2, суммируя число справа с числом ниже. Например:

• 2² → 1 + 3 = 4
• 3² → 3 + 6
• 4² → 6 + 10 = 16 и так далее.

Комбинаторные варианты

Чтобы раскрыть скрытую последовательность Фибоначчи, которая на первый взгляд может отсутствовать, нужно суммировать диагонали лево-выровненного паскалевского треугольника. Первые 7 чисел в последовательности Фибоначчи: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13… найдены. Используя исходную ориентацию, следует заштриховать все нечётные числа, и получится изображение, похожее на знаменитый фрактальный треугольник Серпинского.

Возможно, самое интересное соотношение, найденное в треугольнике — это то, как можно использовать его для поиска комбинаторных чисел, поскольку его первые шесть строк написаны с помощью комбинаторной записи. Поэтому, если нужно рассчитать 4, стоит выбрать 2, затем максимально внимательно посмотреть на пятую строку, третью запись (поскольку счёт с нуля), и будет найден ответ.

Видео:Числа сочетаний. Треугольник Паскаля | Ботай со мной #059 | Борис Трушин |Скачать

Действия с биномами

Например, есть бином (x + y), и стоит задача повысить его до степени, такой как 2 или 3. Обычно нужно пройти долгий процесс умножения (x + y)² = (x + y)(x + y) и т. д. Если воспользоваться треугольником, решение будет найдено гораздо быстрее. К примеру, нужно расширить (x + y)³. Поскольку следует повышать (x + y) до третьей степени, то необходимо использовать значения в четвёртом ряду фигуры Паскаля (в качестве коэффициентов расширения). Затем заполнить значения x и y. Получится следующее: 1 x³ + 3 x²y + 3 xy² + 1 y³. Степень каждого члена соответствует степени, до которой возводится (x + y).

В виде более удобной формулы этот процесс представлен в теореме бинома. Как известно, всё лучше разбирать на примерах. Итак — (2x – 3)³. Пусть x будет первым слагаемым, а y — вторым. Тогда x = 2x, y = –3, n = 3 и k — целые числа от 0 до n = 3, в этом случае k = . Следует внести эти значения в формулу. Затем заполнить значения для k, которое имеет 4 разные версии, их нужно сложить вместе. Лучше упростить условия с показателями от нуля до единицы.

Как известно, комбинаторные числа взяты из треугольника, поэтому можно просто найти четвёртую строку и подставить в значения 1, 3, 3, 1 соответственно, используя соответствующие цифры Паскаля 1, 3, 3, 1. Последнее — необходимо завершить умножение и упрощение, в итоге должно получиться: 8 x³ — 36 x² + 54x — 27. С помощью этой теоремы можно расширить любой бином до любой степени, не тратя время на умножение.

Биномиальное распределение описывает распределение вероятностей на основе экспериментов, которые можно разделить на группы с двумя возможными исходами. Самый классический пример этого — бросание монеты. Например, есть задача выбросить «решку» — успех с вероятностью p. Тогда выпадение «орла» является случаем «неудачи» и имеет вероятность дополнения 1 – p.

Если спроектировать этот эксперимент с тремя испытаниями, с условием, что нужно узнать вероятность выпадения «решки», можно использовать функцию вероятности массы (pmf) для биномиального распределения, где n — это количество испытаний, а k — это число успехов. Предполагаемая вероятность удачи — 0,5 (р = 0,5). Самое время обратиться к треугольнику, используя комбинаторные числа: 1, 3, 3, 1. Вероятность получить ноль или три «решки» составляет 12,5%, в то время как переворот монеты один или два раза на сторону «орла» — 37,5%. Вот так математика может применяться в жизни.

Видео:Закономерности простых чисел [Numberphile на русском]Скачать

Что такое треугольные числа? Свойства и демонстрации

Что такое треугольные числа? Свойства и демонстрации — Наука

Видео:Математика. 1 класс. Закономерности и последовательности. Ким Е.О., учитель начальных классов.Скачать

Содержание:

Известный кактреугольные числа к последовательности чисел, которые получаются при составлении расположения или фигуры точек в виде равностороннего треугольника. Первые в последовательности: 1, 3, 6, 10, 15, 21, .

Первое треугольное число — 1, второе — 3, потому что оно получается добавлением ряда из двух точек к предыдущему, чтобы сформировать равносторонний треугольник из трех элементов.

Третий — это число 6, которое появляется при добавлении ряда из трех точек к предыдущему расположению таким образом, что образуется треугольник из трех точек на каждую сторону. 10 в последовательности получается добавлением еще одной строки к предыдущему расположению, так что образуется треугольник с четырьмя точками на каждой стороне.

Формула, позволяющая найти элемент п треугольной последовательности, известное предыдущим треугольным числом:

Список первых шести треугольных чисел получается так:

–Первый: 1

–Второй: 1 + 2 = 3

–Третий: (1 +2) + 3 = 3 + 3 = 6

–Четвертый: (1 + 2 + 3) + 4 = 6 + 4 = 10

–Пятый: (1 + 2 + 3 + 4) + 5 = 10 + 5 = 15

–Шестой: (1 + 2 + 3 + 4 + 5) + 6 = 15 + 6 = 21

Видео:Удивительный треугольник Паскаля | Лекции по математике – Яков Ерусалимский | Научпоп | НаукаPROСкачать

Свойства треугольных чисел

1.- n-е треугольное число Tn последовательности треугольных чисел равно половине n, умноженного на n + 1:

2.- Сумма n-го треугольного числа с предыдущим треугольным числом, то есть (n-1) -го, равна n в квадрате:

3.- Разность n-го треугольного числа минус n-е треугольное минус единица равна n:

4.- Сумма первых n треугольных чисел называется тетраэдрическим числом Sn и равна шестой части произведения n, умноженного на (n + 1) и умноженного на (n + 2):

5.- Каждое натуральное число N является результатом суммы трех треугольных чисел:

Это последнее свойство или теорема было открыто великим математиком Карлом Фридрихом Гауссом в 1796 году, что он отметил в своем дневнике, поместив восхищение греков. Эврика! что это значит «Я сделал это.»

Это было то же слово, которое задолго до этого использовал греческий Архимед, когда он определял кажущуюся массу затопленного тела.

В этом соотношении число ноль считается треугольным и может иметь место повторение.

Видео:закономерности и ряды. 1 классСкачать

Демонстрации

Видео:Какое число следующее? 5 заданий на нахождение закономерности в числовых последовательностяхСкачать

— Демо 1

Докажите, что треугольное число п-этот:

Вывести приведенную выше формулу легко, если мы поймем, что можем добавить равное количество точек к треугольному расположению так, чтобы оно образовало четырехугольник из точек.

Поскольку общее количество точек в четырехугольнике — это количество рядов п умноженное на количество столбцов (п + 1), то треугольное расположение будет иметь только половину точек четырехугольника.

Здесь это показано на рисунке 2.

Видео:Уравнение, которое меняет взгляд на мир [Veritasium]Скачать

— Демо 2

Покажите, что сумма п-е треугольное число с п-й минус один треугольное число п в квадрате:

Уже было показано, что треугольное число п-th дается:

Следовательно, указанное выше треугольное число:

Общий множитель ½ n берется для получения:

Т_п + Т_п-1 = ½ n [(n + 1) + (n — 1)] = ½ n [n + 1 + n — 1]

И сразу выражение внутри скобки упрощается:

Теперь, помня, что 1/2 умноженное на 2 равно 1 и что n умноженное на n равно n в квадрате, мы имеем:

Это свойство также можно показать в геометрической форме, просто завершите треугольник, чтобы получился квадрат, как показано на рисунке 3.

Видео:Найдите закономерность изменения чисел и назовите недостающее число.Скачать

— Демо 3

Отличие треугольного порядкового номера п минус треугольный порядковый номер п-1 это n:

Это можно доказать, просто вспомнив, что следующее треугольное число получается из предыдущего по формуле:

Отсюда видно, что Т_п — Т_п-1 = п. Его также легко просматривать графически, как показано на рисунке 4.

Видео:ЗАКОНОМЕРНОСТИ. 7 ЗАДАЧ на умение ИХ видетьСкачать

— Демо 5

Сумма первых n треугольных чисел Sп равно одной шестой произведения n, умноженного на (n + 1) и умноженного на (n + 2):

Воспользуемся треугольным числом порядка n:Т_п= ½ n (n + 1). Сумма первых п треугольные числа обозначают его S_п

Например,S₁означает сумму первого треугольного числа, которое, несомненно, будет равно 1.

Затем давайте посмотрим, верна ли формула, которую мы пытаемся проверить для n = 1:

Действительно, формула для n = 1 проверена. Легко представить, что сумма первых n + 1 треугольных чисел будет суммой первых n плюс следующего треугольного числа:

Теперь предположим, что формула для S_п верно для n, то мы подставляем его в предыдущее выражение и добавляем треугольное число порядка п + 1:

S_{п + 1} = [⅙ n (n + 1) (n + 2)] + [½ (n + 1) (n + 2)]

Посмотрим шаг за шагом, что у вас получится:

-Проводим сумму двух дробных выражений:

S_{п + 1} = [2 n (n + 1) (n + 2) + 6 (n + 1) (n + 2)] / 12

-Общий множитель 2 (n + 1) (n + 2) взят из числителя и упрощен:

S_{п + 1} = 2 (n + 1) (n + 2) [n +3] / 12 = (n + 1) (n + 2) (n +3) / 6

Приведенный результат согласуется с формулой для Sп если n заменить на n + 1, что доказывает формулу суммы первых n треугольных членов по индукции.

Видео:Установите закономерность и найдите числоСкачать

Тетраэдрическое число

Полученный результат называется тетраэдрическое число порядка n, потому что это похоже на накопление треугольных слоев, образующих тетраэдр, как показано на следующей анимации.

Видео:Как из треугольника Паскаля сделать ковёр Серпинского?Скачать

Ссылки

1. Камачо Дж. Неожиданное появление треугольных чисел. Получено с: masscience.com
2. Клаудио. Треугольные числа. Извлечено из: просто чисел. blogspot. com
3. Википедия. Треугольное число. Получено с: es.wikipedia.com
4. Википедия. Треугольное число. Получено с: en.wikipedia.com
5. Википедия. Третраэдрическое число. Получено с: en.wikipedia.com

Битва при Сепеде (1820 г.): причины, развитие, последствия

Видео:Несколько красивых свойств треугольника ПаскаляСкачать

Тема: Закономерности в числах и фигурах

Тема: Закономерности в числах и фигурах

Всё в нашей жизни подчиняется каким-то правилам. Есть правила и в математике. Например, посмотрите на такой ряд чисел: 1, 2, 3. Числа стоят по порядку. Или такой ряд: 1, 3, 5: числа стоят через 1 число. 10, 20, 30: каждое следующее число больше предыдущего на 10. То есть при составлении какого-то последовательного ряда соблюдается какое-то правило. Это правило называется закономерность.

Закономерность – это правило, по которому что-то повторяется время от времени.

Повторяться могут изображения, буквы, числа и любые другие символы. Но обязательно в ряду должно быть не менее трёх чисел.

Например, 2, 3. Есть ли в этом ряду закономерность? Этого мы утверждать не можем. А если ряд 3, 6, 9, то какое число мы можем поставить дальше? Конечно. 12. Мы должны поставить это число по правилу данной закономерности (каждое число в ряду больше другого на 3).

В закономерности всегда не менее 3-х элементов!

На первых двух мы обычно предполагаем закономерность, а на третьем проверяем. Два элемента могут находиться рядом абсолютно случайно. А три – это уже правило.

Как находить закономерности?

1. Внимательно смотрим на ряд чисел, фигур или других картинок.

2. Если в этом ряду есть закономерность, то думаем, какая.

3. Проверяем, соблюдается ли это правило во всей последовательности чисел.

4. Вставляем числа (или фигуры), которые должны эту закономерность продолжить.

Рассмотрим пример с фигурами: В таблице размещены рожицы: квадрат, треугольник, круг. Две строки заполнены, а в третьей одна ячейка свободна. Сравним все ряды: в каждом полном ряду есть все три фигуры. Какую фигуру на надо вставить в пустую клеточку? Чего в этом ряду не хватает? Конечно, это квадрат. Мы нашли закономерность, задачу решили.

Как решать задания на закономерности, вы подробно можете посмотреть на сайте заочных школ на Методической страничке в пособии «Закономерности в цифрах и фигурах. Аналогичная закономерность». Скачайте и просмотрите. Там есть примеры аналогичных заданий.

Будьте очень внимательны при решении этих последовательностей!

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 3 по предмету «Математическая мозаика» для 1 класса

Фамилия _______________________________ Имя __________________

Школа _______________ Класс ______________

Задание 1. Назовите следующее число в ряду:

Задание 2. Помогите коту Мурзику выбрать из предлагаемых вариантов геометрическую фигуру, которую нужно поместить в пустую клетку.

Задание 3. Машенька — ужасная модница. У нее два ящика с красивыми косынками. В первом ящике: красная косынка, синяя косынка в белый горошек, желтая косынка в мухоморчик, красная косынка в рыбку, зеленая косынка с птичкой, зеленая косынка в мороженку. Во втором ящике: синяя косынка в белочку, красная косынка в горошек, зеленая косынка в мухоморчик. Сколько различных по цвету косынок у Машеньки? Ответ: ________

Задание 4. Определи, какую картинку надо вставить в пустую клетку.

А. Лодочка 2. Машинка 3. Ведёрко

Задание 5. Найдите числа, которых не хватает каждой змейке. Впишите цифры в ответе.

Ответ:

Жёлтая змейка (верхняя) — ____

Зелёная змейка (средняя) — ______

Малиновая змейка (нижняя) — _____

Задание 6. Какая фигура лишняя?

3 4 5 Ответ: _______

Задание 7. Какой пример соответствует картинке?

А) 4 + 4 = 8

💥 Видео

ЧИСЛА ФИБОНАЧЧИ УДИВИТЕЛЬНАЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЬ [Число ФИ и Золотое сечение]Скачать

Странная закономерность правила чиселСкачать

Установите закономерность и найдите число на рисункеСкачать