V matematice je Pascalův trojúhelník prezentací binomických koeficientů v trojúhelníku . Byl pojmenován na počest francouzského matematika Blaise Pascala . Na západě je známý pod názvem „Pascalův trojúhelník“, ačkoli jej studovali jiní matematici, někdy několik století před ním, v Indii , v Persii (kde se mu říká „ Khayyamův trojúhelník “), v Maghrebu , v Čína (kde se jí říká „trojúhelník Yang Hui “), v Německu a v Itálii (kde se jí říká „trojúhelník Tartaglia “).
Konstrukce trojúhelníku se řídí Pascalovým vztahem:
pro všechna celá čísla n a k taková, že 0 < k < n .
Pascalův trojúhelník lze zobecnit na jiné dimenze. Trojrozměrná verze se nazývá Pascalova pyramida nebo Pascalův čtyřstěn, zatímco obecné verze se nazývají Pascalovy simplexy .
Tradice dává název Pascalův trojúhelník výše popsanému trojúhelníku. Tento trojúhelník však byl na východě a na Středním východě znám již několik století před vydáním Blaise Pascala . On byl dobře známý perské matematiky, například al-Karaji ( 953 - 1029 ) nebo Omar Khayyam v XI -tého století nebo matematici Maghrebu jako Ibn al-Banna a jeho následovníků, kteří jej používají k rozvoji ( z + b ) n . V Číně se objevuje již v roce 1261 v díle Yang Hui (v hodnosti 6) a v Jade Mirror of the Four Elements od Zhu Shijie v roce 1303 (v hodnosti 8). Yang Hui připsat autorství trojúhelníku čínského matematik XI -tého století Jia Xian . Tento trojúhelník umožnil prezentovat koeficienty různých termínů v binomickém vzorci a podle Victora J. Katze byl použit k zobecnění metody extrakce kořenů na stupně větší než 2.
V Evropě se objevuje v díle Petera Apiana , Rechnung (1527). Studují ji Michael Stifel (1486-1567), Tartaglia (1499-1557) a François Viète (1540-1603). Navíc je pod názvem „trojúhelník Tartaglia“ známý v Itálii. Je také známý Marinu Mersennovi (1588-1648). Ale je to Blaise Pascal, kdo tomu věnuje pojednání: Smlouva o aritmetickém trojúhelníku (1654), která prokazuje 19 jeho vlastností, vlastností vyplývajících částečně z kombinatorické definice koeficientů. Mnohé z těchto vlastností již byly známy, ale byly přijaty a nebyly prokázány. Aby je předvedl, nastavuje Pascal ve svém pojednání dokonalou verzi uvažování indukcí . Ukazuje souvislost mezi trojúhelníkem a binomickým vzorcem. Používá jej při řešení problému spravedlivého sdílení sázek v hazardní hře, která je přerušena před definovaným termínem (problém stran).
Napsáním Pascalova vzorce
Pro všechna celá čísla i a j v intervalu 0 < j < i , ,všimli jsme si, že koeficient řádku i a sloupce j se získá sečtením koeficientů řádku i - 1 a sloupce j - 1 a řádku i - 1 a sloupce j . Kromě toho máme:
.Dedukujeme metodu konstrukce Pascalova trojúhelníku, která spočívá v pyramidové formě v umístění 1 na vrchol pyramidy, poté 1 a 1 níže, na obě strany. Konce řádků jsou vždy 1 s a ostatní čísla jsou součtem dvou čísel přímo nad nimi.
V trojúhelníkové formě, kde i je index řádku a j index sloupce:
Představte si, že každé číslo v trojúhelníku je uzel v síti, který je připojen k sousedním číslům nahoře a dole. Nyní pro jakýkoli uzel v síti spočítáme počet cest v síti (aniž bychom se vrátili zpět), které spojují tento uzel s horním uzlem trojúhelníku. Odpovědí je číslo Pascalu spojené s tímto uzlem.
Pascalův trojúhelník se často používá v binomických expanzích . Ve skutečnosti lze na stejné linii najít všechny koeficienty zasahující do vývoje síly součtu dvou členů.
Příklad: ( X + 1) 2 = X 2 + 2 X + 1 2 a koeficienty každé monomie jsou koeficienty třetí řady Pascalova trojúhelníku (řada 2), tj. 1, 2, 1. Zevšeobecnění: ( X + Y ) n = a 0 X n Y 0 + a 1 X n –1 Y 1 + ... + a n X 0 Y n , kde koeficienty jsou ty, které se nacházejí na n +1 e řádku Pascalova trojúhelník (řada hodnosti n ).Známe součtový vzorec , jednoduše se objeví několik vlastností.
Nastavme a = b = 1 , pak máme .
Nechť a = 1 a b = –1 , pak máme .
Známe-li tyto dvě rovnosti, z nichž jedna je střídavý součet, přichází součet členů řádu 0, 2, 4, ... v řadě 2 n –1 a je roven součtu členů d objednávka 1, 3, 5, ....
Číslo nacházející se ve sloupci p (počítání sloupců počínaje od 0) a řádku n (počítání řádků začínajících od 0) označuje počet možných kombinací p prvků v sadě n prvků.
V řádku n a sloupci p máme .
Všechny řádky sudé pozice ( 2 n ) mají centrální člen, vydělením tohoto členu n +1 nebo odstraněním jeho souseda získáme katalánské číslo .
Pokud vepsáme Pascalův trojúhelník do trojúhelníkového rámce, je spojení buněk obsahujících liché členy Sierpińského trojúhelník .
Pokud je p prvočíslo větší než 2 , lze analogické fraktální struktury získat obarvením všech buněk, které neodpovídají 0 modulo p .
Čísla umístěná na třetí sestupné úhlopříčce odpovídají trojúhelníkovým číslům , čísla čtvrté úhlopříčky čtyřstěnným číslům , čísla páté úhlopříčky pentatopickým číslům a čísla n- té úhlopříčky n-aktuálním číslům.
Binomický vzorec aplikovaný na Moivreův vzorec
umožňuje rozšířit cos ( n θ) a sin ( n θ) .
Koeficienty umístěné na řádku hodnosti n umožňují psát tan ( n θ) jako funkci t = tan (θ)
Příklad: na řádku 4 čteme 1 - 4 - 6 - 4 - 1 a Obecný vzorec .Koeficienty umístěné na vzestupné úhlopříčce nám umožňují vyjádřit sin ( n θ) jako produkt sin (θ) polynomem ve 2 cos (θ) (viz Čebyševův polynom ):
Příklad: na vzestupné úhlopříčce řady 5 čteme 1 - 3 - 1 akde U 4 je Čebyševův polynom druhého druhu řádu 4. Zobecnění: v případě, že podmínky vzestupné diagonální hodnosti n jsou , máme
V důsledku toho, koeficienty umístěné na vzestupné úhlopříčce hodnosti n , aby bylo možné určit, polynom stupně [( n -1) / 2], jejichž kořeny jsou hodnoty pro k měnící se od 1 do
Příklad: na úhlopříčce hodnosti 7 čteme 1 - 5 - 6 - 1, takže víme, že (pro k = 1, 2, 3) jsou kořeny . Zobecnění: má kořeny .Koeficienty ( x + 1) n jsou n- tou řádkou trojúhelníku. Koeficienty ( x - 1) n jsou stejné, až na to, že se střídá znaménko.
Po vhodné normalizaci je ve Fourierově transformaci sin ( x ) n +1 / x přítomna stejná posloupnost čísel .
Přesněji řečeno: je-li n sudé, je třeba vzít skutečnou část transformace a pokud je n liché, je třeba vzít imaginární část.
Výsledkem je pak funkce schodiště, jejíž hodnoty (vhodně normalizované) jsou dány n- tou řadou trojúhelníku se střídavými znaky.
Tak :
sestaví 4 tý řádek trojúhelníku, se střídajícími se znaky.
Toto je zevšeobecnění následujícího výsledku (často používaného v elektrotechnice):
je funkcí Heaviside .
Odpovídající řádek trojúhelníku je řádek 0, který je omezen na číslo 1.
Pascalův vztah sahá i do zobecněných binomických koeficientů , ve kterých je komplexní číslo .
Pascalův trojúhelník se snadno zobecní na vyšší dimenze. Trojrozměrná verze se nazývá Pascalova pyramida .
Pascalův trojúhelník se zobecňuje pro záporné řádky.
Nejprve napište trojúhelník v následujícím tvaru, který se nazývá pole A ( m , n ):
m = 0 | m = 1 | m = 2 | m = 3 | m = 4 | m = 5 | ... | |
n = 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 2 | 1 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 3 | 1 | 3 | 3 | 1 | 0 | 0 | ... |
n = 4 | 1 | 4 | 6 | 4 | 1 | 0 | ... |
Poté to napište takto:
m = 0 | m = 1 | m = 2 | m = 3 | m = 4 | m = 5 | ... | |
n = -4 | 1 | ... | |||||
n = -3 | 1 | ... | |||||
n = -2 | 1 | ... | |||||
n = -1 | 1 | ... | |||||
n = 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 2 | 1 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 3 | 1 | 3 | 3 | 1 | 0 | 0 | ... |
n = 4 | 1 | 4 | 6 | 4 | 1 | 0 | ... |
Vzorec:
lze přeskupit takto:
což umožňuje výpočet podmínek záporné pozice:
m = 0 | m = 1 | m = 2 | m = 3 | m = 4 | m = 5 | ... | |
n = −4 | 1 | -4 | 10 | -20 | 35 | -56 | ... |
n = -3 | 1 | -3 | 6 | -10 | 15 | -21 | ... |
n = -2 | 1 | -2 | 3 | -4 | 5 | -6 | ... |
n = -1 | 1 | -1 | 1 | -1 | 1 | -1 | ... |
n = 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 2 | 1 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 3 | 1 | 3 | 3 | 1 | 0 | 0 | ... |
n = 4 | 1 | 4 | 6 | 4 | 1 | 0 | ... |
Toto rozšíření zachovává vzorce:
.a
Tak :
Další možnost rozšíření ve srovnání se zápornými řádky je následující:
m = -4 | m = -3 | m = -2 | m = -1 | m = 0 | m = 1 | m = 2 | m = 3 | m = 4 | m = 5 | ... | |
n = -4 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = -3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... | |
n '= -2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... | ||
n = -1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... | |||
n = 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 3 | 3 | 1 | 0 | 0 | ... |
n = 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 4 | 6 | 4 | 1 | 0 | ... |
Použitím stejných pravidel jako dříve dochází k:
m = -4 | m = -3 | m = -2 | m = -1 | m = 0 | m = 1 | m = 2 | m = 3 | m = 4 | m = 5 | ... | |
n = -4 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = -3 | -3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = -2 | 3 | -2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = -1 | -1 | 1 | -1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | .. |
n = 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | ... |
n = 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 3 | 3 | 1 | 0 | 0 | ... |
n = 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 4 | 6 | 4 | 1 | 0 | ... |
Toto zobecnění umožňuje zachovat exponenciální vlastnost matice. Opravdu, jak máme,
,rozšiřujeme na,
Tyto dvě zobecnění lze získat také pomocí funkce gama zápisem:
.