Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Математика / Статьи / Статья по математике "Чудесный треугольник Блеза Паскаля"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Математика

Статья по математике "Чудесный треугольник Блеза Паскаля"

библиотека
материалов

Чудесный треугольник Блеза Паскаля

Все узнают о треугольнике Паскаля в юности. Но, видимо, узнают не все чудеса, которые содержит треугольник. В самом деле, мы до сих пор открываем новые вещи!

Строится треугольник довольно легко: по внешним краям нужно поставить единицы, а каждое число внутри равно сумме двух чисел, которые стоят над ним. Так, третье число в шестой строке равно hello_html_m3030531e.png, потому что это сумма чисел hello_html_30b1e6fc.png и hello_html_6deef086.png.

Внимание! На самом деле мы будем говорить, что hello_html_m3030531e.png является вторым числом в пятой строке. По причинам, которые скоро станут ясны, мы начинаем нумеровать строки и столбцы треугольника с нуля. Например, второе число в четвертой строке равно hello_html_6deef086.png.

Зная правило сложения, можно продолжать бесконечно: вы можете написать столько строк, сколько позволит ваше терпение.

hello_html_595b554b.png

Первые 10 строк треугольника Паскаля

Паскаль ввел свой треугольник в 1653 г. в Traité du triangle arithmétique как часть задачи исследования вероятностей и для вычислений. Задачи были примерно такие: “Если я хочу выбрать двух человек из четырех данных, сколько существует возможных пар?’’ или “Какова вероятность выпадения фулл-хауса (примеч. в покере три карты одного достоинства и две другого), когда раздается по пять карт из колоды, которая хорошо перемешана?’’ Паскаль и Ферма в основном обсуждали вероятность в письмах, которыми они обменивались в то время. Вы можете увидеть исходный треугольник Паскаля здесь.

Каким образом треугольник связан с вероятностью? Ну, если вы хотите выбрать hello_html_m5315909c.png объектов из hello_html_724194c6.png данных, то количество возможных вариантов выбора равно hello_html_m5315909c.png-му числу в hello_html_724194c6.png-й строке треугольника. Помните, что номера строк и чисел в строках треугольника начинаются с нуля! Используя это правило, мы видим, что существует ровно hello_html_6deef086.png способов выбрать двух человек из четырех данных. И так hello_html_27497899.png — третье число в девятой строке треугольника, то существует hello_html_27497899.png способа выбрать трех человек из девяти данных. Научившись вычислять это, вы сделаете маленький шаг к вычислению всевозможных вероятностей.

На первый взгляд, кажется довольно непонятным, почему треугольник дает правильный ответ на этот вопрос. Может также показаться странным, что мы должны всегда начинать с нуля, чтобы заставить его работать. Чтобы увидеть, что все это совершенно верно, мы сделаем два замечания.

Во-первых, если у вас есть группа объектов, каким количеством способов вы можете выбрать нуль объектов из них? Есть ровно один способ выбрать нуль объектов, а именно: просто заявив, что вы не берете ни одного из них. Кроме того, у вас есть только один способ выбрать все объекты. И это как раз соответствует единицам на двух концах каждой строки.

hello_html_694bb831.png

Блез Паскаль

Во-вторых, если мы хотим выбрать hello_html_m5315909c.png предметов из данных hello_html_724194c6.png, мы замечаем, что есть два взаимоисключающих сценария: либо наш любимый предмет является одним из выбранных, либо это не так. Если мы выбираем его, то мы должны также выбрать hello_html_76400d4a.png предмет из оставшихся hello_html_m61ca24f6.png предметов, чтобы выбрать ровно hello_html_m5315909c.png предметов. Если мы не выбираем данный предмет, то мы должны выбрать все hello_html_m5315909c.png предметов из данных hello_html_m61ca24f6.png предмета, оставшихся после исключения нашего любимого предмета. Так как это взаимоисключающие возможности, чтобы получить общее количество вариантов выбора, мы должны сложить количества вариантов в каждом сценарии.

Короче говоря, чтобы получить число способов выбора hello_html_m5315909c.png объектов из данных hello_html_724194c6.png, мы должны сложить количество способов выбрать hello_html_76400d4a.png объект из hello_html_m61ca24f6.png, и число способов выбрать hello_html_m5315909c.png объектов из hello_html_m61ca24f6.png. Но это именно и есть правило сложения для треугольника Паскаля!

Мы уже знаем, что треугольник полностью определяется расположением единиц по его сторонам и правилом сложения. Так как эти свойства применимы также к ответу на вопрос о количестве вариантов выбора объектов, треугольник должен и здесь давать правильный ответ.

Возможность сделать такие расчеты неоценима во множестве случаев. Поэтому мало удивляет, что Паскаль не был первым. Данные числа были рассмотрены индийскими, китайскими и иранскими математиками в разное время, начиная с момента более чем тысячелетней давности. И, конечно, все узнают треугольник Яна Хуэя, 1303 г.:

hello_html_m1b832117.png

Забавно, даже не будучи в состоянии различить числа, вы можете найти опечатку в этом треугольнике, которому больше 700 лет! Подсказка: правило сложения делает треугольник Паскаля симметричным относительно вертикальной прямой, проходящей через его вершину. Если вы посмотрите внимательно, в треугольнике Ян Хуэя эта симметрия в одном месте нарушается.

В треугольнике много чудесного. Где же чудеса? Некоторые из них легко заметить. Если вы сложите числа в hello_html_724194c6.png-й строке треугольника, вы всегда получите hello_html_m115e2e1b.png в степени hello_html_724194c6.png (например, hello_html_3aae44d2.png). Для нас это довольно скучно.

Несколько более интересным является тот факт, что если вы сложите числа, стоящие в треугольнике по диагоналям, получится последовательность чисел Фибоначчи. А последовательность чисел Фибоначчи сама содержит множество сюрпризов.

hello_html_m6bb81e5a.png

Недавно нечто удивительное и новое было обнаружено в треугольнике Паскаля. Как мы видели, если сложить числа, стоящие в строке треугольника, происходит что-то интересное. Этот факт о суммах так же стар, как и сам треугольник. Однако до 2012 г., до Харлана Бразерса, никто не пытался выяснить, что произойдет, если перемножить числа в каждой строке.

Давайте обозначим через hello_html_f9c6200.png произведение чисел в hello_html_724194c6.png-й строке треугольника. Так, hello_html_m70ebeace.png, и так далее. Числа, которые получаются, кажется, не имеют каких-либо явных чудесных свойств. У Бразерса возникла идея посмотреть, что произойдет, если вы разделить эти произведения, вычисленные для рядом стоящих строк. Точнее, для hello_html_19f94d01.png он нашел числа hello_html_75db8b6a.png, получающиеся по следующей формуле:

hello_html_772897f8.png.

Т. е. для каждой строки он рассмотрел дробь, числитель которой равен произведению всех чисел в строке, стоящей под ней, и в строке, стоящей над ней, а знаменатель — произведению всех чисел в данной строке в квадрате.

И вот удивительная вещь: когда hello_html_724194c6.png становится все больше, это отношение становится все ближе к числу hello_html_5c290c50.png! Помните, hello_html_5c290c50.png — это десятичное число с бесконечным числом цифр, приближенно равное hello_html_m61dc0938.png. Оно появляется при капитализации процентов, модели роста численности населения и других ситуациях с экспоненциальным ростом. Удивительно, что это число может быть таким довольно простым способом найдено в треугольнике Паскаля. Так как вы знаете, что нужно искать hello_html_5c290c50.png, несложно понять, что рассмотренное отношение действительно становится все ближе к hello_html_5c290c50.png с ростом hello_html_724194c6.png. Как вы можете видеть здесь, для вычислений требуется всего лишь немного алгебры.

Вот такая симпатичная анимация Ричарда Грина наглядно показывает результат Харлана Бразерса:

hello_html_m6c2fb87e.png

Существует еще одно чудо в треугольнике, которое каждый должен знать. Давайте каждое число в треугольнике покрасим в один из двух цветов, в зависимости от того, является оно четным или нечетным. Например, мы могли бы покрасить четные числа белым, а нечетные — синим. Если мы сделаем это для первых 500 строк треугольника, получим вот такую закономерность:

hello_html_m2700ef4a.png

Это известный фрактал, известный как треугольник Серпинского! Это приводит к разного рода вопросам. Число четное или нечетное, если оно при делении на hello_html_m115e2e1b.png дает остаток hello_html_m2d5f2d97.png или hello_html_m2d12a854.png соответственно. Что происходит, когда разделим на hello_html_7d523903.png? Остатки могут быть равны hello_html_3ce1f4ac.png или hello_html_44ae2e35.png. Что произойдет, если использовать восемь цветов и покрасить каждое число в соответствии с его остатком при делении на восемь? Для первых 500 строк треугольника получим прекрасную картину:

hello_html_m14ab7d3d.png

Существует забавное приложение, которое позволяет увидеть, что происходит, если менять число, на которое вы делите (также называемое модулем). Полезный совет: когда вы используете приложение, нажмите на маленький символ “плюс’’, чтобы использовать более детальную версию управления. В треугольнике Паскаля есть множество других удивительных вещей. Для начала, если вы заинтересовались этим, подойдет веб-сайт mathforum.org. Ну а более, скажем, эксцентричные, вещи, которые можно найти в треугольнике, имеются здесь.




Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Автор
Дата добавления 04.09.2016
Раздел Математика
Подраздел Статьи
Просмотров139
Номер материала ДБ-176722
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх