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“楊輝三角”新的表現(xiàn)形式

2017-08-15 02:25向紅
關(guān)鍵詞:等差數(shù)列

【摘 要】“楊輝三角”新的表現(xiàn)形式來源于自然數(shù)的冪的游戲中,它表現(xiàn)出公差為1的等差數(shù)列有起點(diǎn)連續(xù)項(xiàng)的正整數(shù)次冪間的規(guī)律,與“二項(xiàng)式定理”形(楊輝三角)同而神不同。重點(diǎn)處做了嘗試性的證明。

【關(guān)鍵詞】楊輝三角;二項(xiàng)式定理;等差數(shù)列;連續(xù);“倒三角”

我們知道,“楊輝三角”是通過“二項(xiàng)式定理”表現(xiàn)出來的,而我在連續(xù)自然數(shù)的冪的游戲中,發(fā)現(xiàn)了它的一種新的表現(xiàn)形式,倍感新鮮有趣,愿與愛好者們共賞!

(a+1)-a=1!

(a+2)-2(a+1)+a=2!

(a+3)-3(a+2)+3(a+1)-a=3!

(a+4)-4(a+3)+6(a+2)-4(a+1)+a=4!

(a+5)-5(a+4)+10(a+3)-10(a+2)+5(a+1)-a=5!

……

C(a+n)-C(a+n-1)+…+(-1)C(a+n-r)+…+(-1)Ca=n!

(r=0,1,2,…,n) ①

(表1)

在表1中顯現(xiàn)著“楊輝三角”,可知,正整數(shù)n的取值一確定,各等式的右邊均為常數(shù),且這個(gè)常數(shù)與a的取值無關(guān),a突破了原來自然數(shù)的定義,可以是任意數(shù)。

要證明等式①,首先要引入為證明它而特別設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性的組合公式:

C(n+1-m)=(n+1)C(n-m+1),(m=0,1,2,…,n) ②

公式②的證明:Qn≥m

∴n-m+1=n+1-m≥1

(n+1)C(n-m+1)=(n+1)(n+1-m)

=(n+1-m)

=C(n+1-m)

即公正②得證

等式①的證明:

(1)a為任意數(shù),當(dāng)n=1時(shí),(a+1)-a=1!,等式①成立

(2)a為任意數(shù),假設(shè)當(dāng)n=k時(shí),等式①成立,即

C(a+k)-C(a+k-1)+…+(-1)C(a+1)+(-1)Ca=k! ③

C(k+1)=Ck+C(k-1)+…+(-1)C2+(-1)C1=k?。╝=1) ④

那么,當(dāng)n=k+1時(shí),

(由②得)

=(k+1)k! (由④得)

=(k+1)!

這就是說,當(dāng)n=k+1時(shí),等式①也成立。

因?yàn)閷?duì)任意數(shù)a等式③右邊均為常數(shù)k,所以,我們只取a的特殊值來表示等式左邊等于常數(shù)k!即可,如a=1時(shí)得等式④。同理,當(dāng)n=k+1時(shí),a=0時(shí)得式⑤,如果為任意數(shù)時(shí)等式①左邊可以不相等,則與(1)和n=k時(shí)成立相矛盾,也就是說,n的取值一確定,無論a取何值,等式①左邊都相等,這是隱含的已知條件。

根據(jù)(1)和(2)可知,a為任意數(shù),等式①對(duì)于任何正整數(shù)n都成立。

從上可知,等式①與“二項(xiàng)式定理”所表現(xiàn)出來的形(楊輝三角)同而神不同。等式①要復(fù)雜,表現(xiàn)的是公差為1的等差數(shù)列以a為起點(diǎn)的連續(xù)n+1項(xiàng)為n次冪時(shí)相互間的規(guī)律。如下推廣僅供參考:

(a+n+1)C(a+n-m+1)=C(a+n+1-m),(a+n≥m,a=0,1,2…)

Cn-C(n-1)+…+(-1)C(n-r)+…+(-1)C0=n! ⑥

C(a+n+2)+C(a+n)+…=C(a+n-1)+C(a+n-1)… ⑦

其中,等式⑥是等式①特例,它表現(xiàn)的是以0為起點(diǎn)的n+1個(gè)連續(xù)自然數(shù)為n次冪時(shí)相互間的規(guī)律。

最后,特把前面所說的連續(xù)自然數(shù)的冪的游戲列表舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子,并說明。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ……

1 3 5 7 9 11 13 15 17 ……

2 2 2 2 2 2 2 2 ……

0 0 0 0 0 0 0 ……

(表2)

從表2可知,隨著冪指數(shù)的逐步增加,我們就可以得到一系列等式(表1)。在表2中,n為常數(shù)2,特令a、a+1、a+2、a+3、為4個(gè)連續(xù)自然數(shù),那么得:

[(a+2)-(a+1)]-[(a+1)-a]=2

∴(a+2)-2(a+1)+a=2! ⑧

同理,(a+3)-2(a+2)+(a+1)=2! ⑨

由⑨和⑧方程兩邊相減得:(a+3)-3(a+2)+3(a+1)-a=0

∴(a+3)+3(a+1)=3(a+2)+a

∴C(a+2+1)+C(a+2-1)=C(a+2)+C(a+2-2)⑩

這等式⑩就是等式⑦的特例。到此,我有一個(gè)疑問,“楊輝三角”是否來源于這些“倒三角”呢?希望我這自娛自樂的游戲?qū)τ信d趣者或者同學(xué)們能有所啟發(fā)吧!

【作者簡(jiǎn)介】

向紅(1966.1—),男,土家族,高中學(xué)歷,農(nóng)民數(shù)字游戲迷,湖北省荊州市公安縣,數(shù)學(xué)游戲。

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