Прогрес людства багато в чому пов'язаний з відкриттями, зробленими геніями. Одним з них є Блез Паскаль. Його творча біографія ще раз підтверджує істинність вислову Ліона Фейхтвангера «Талановита людина талановита в усьому». Всі наукові досягнення цього великого вченого важко перелічити. До їх числа належить одне з найбільш елегантних винаходів у світі математики — трикутник Паскаля.

Кілька слів про генії

Блез Паскаль за сучасними мірками помер рано, у віці 39 років. Однак за своє коротке життя він проявив себе як видатний фізик, математик, філософ і письменник. Вдячні нащадки назвали в його честь одиницю тиску і популярна мова програмування Pascal. Він вже майже 60 років використовується для навчання написання різних кодів. Наприклад, з його допомогою кожен школяр може написати програму для обчислення площі трикутника на «Паскаль», а також дослідити властивості схеми, про яку мова піде нижче.


Діяльність цього вченого з екстраординарним мисленням охоплює різні галузі науки. Зокрема, Блез Паскаль є одним із засновників гідростатики математичного аналізу, деяких напрямків геометрії і теорії ймовірностей. Крім того, він:

створив механічний калькулятор, відомий під назвою Паскалева колеса;

представив експериментальне доказ того, що повітря має пружністю і має вагу;

встановив, що барометр можна використовувати для передбачення погоди;

винайшов тачку;

придумав омнібус — кінні екіпажі з фіксованими маршрутами, які згодом стали першим видом регулярного громадського транспорту тощо

Арифметичний трикутник Паскаля

Як вже було сказано, цей великий французький вчений, що вніс величезний внесок у математичну науку. Одним з його безумовних наукових шедеврів є «Трактат про арифметичне трикутнику», який складається з біноміальних коефіцієнтів, розставлених у визначеному порядку. Властивості цієї схеми вражають своєю різноманітністю, а сама вона підтверджує прислів'я «Все геніальне — просто!».

Трохи історії

Справедливості заради треба сказати, що насправді трикутник Паскаля був відомий в Європі ще на початку 16 століття. Зокрема, його зображення можна побачити на обкладинці підручника арифметики відомого астронома Петра Апиана з Ингольтштадского університету. Схожий трикутник представлений і в якості ілюстрації в книзі китайського математика Ян Хуей, виданої в 1303 році. Про його властивості було відомо також і чудового перського поету і філософу Омару Хайямові ще на початку 12 століття. Причому вважається, що він познайомився з ним з трактатів арабських та індійських вчених, написаних раніше.

Опис

Перш ніж досліджувати цікаві властивості трикутника Паскаля, прекрасного у своїй досконалості і простоті, варто дізнатися, що він із себе представляє. Кажучи науковою мовою, ця числова схема - нескінченна таблиця трикутної форми, утворена з біноміальних коефіцієнтів, розташованих у певному порядку. У його вершині і з боків знаходяться цифри 1. Інші позиції займають числа, що дорівнюють сумі двох чисел, розташованих над ними поруч вище. При цьому всі рядки трикутника Паскаля симетричні відносно вертикальної осі.

Основні властивості

Трикутник Паскаля вражає своєю досконалістю. Для будь-якого рядка під номером n (n = 012) вірно:

перше і останнє числа — 1;

друге і передостаннє — n;

третє число одно трикутного числа (кількості гуртків, які можна розставити у вигляді рівностороннього трикутника, тобто 136 10): T n -1 = n (n - 1) /2.

четверте число є тетраэдрическим, тобто являє собою піраміду з трикутником в підставі.

Крім того, порівняно недавно, в 1972 році, було встановлено ще одне властивість трикутника Паскаля. Для того, щоб її виявити, потрібно записати елементи цієї схеми у вигляді таблиці із зсувом рядків на 2 позиції. Потім відзначають числа, що діляться на номер рядка. Виявляється, що номер стовпця, в якому виділені всі числа, що є простим числом. Той же трюк можна зробити і по-іншому. Для цього в трикутнику Паскаля замінюють числа на залишки від їх ділення на номер рядка в таблиці. Потім розташовують рядка в отриманому трикутнику так, щоб наступна з них починалася правіше на 2 колонки від першого елемента попередньої. Тоді стовпці, мають номери, що є простими числами, будуть складатися тільки з нулів, а в тих, у яких вони складові, буде присутній хоча б один нуль.

Зв'язок з биномом Ньютона

Як відомо, так називається формула для розкладання на складові цілої невід'ємної ступеня суми двох змінних, яка має вигляд:
Присутні в них коефіцієнти дорівнюють C n m = n! /(m! (n - m)!), де m, являє собою порядковий номер числа в рядку n трикутника Паскаля. Іншими словами, маючи під рукою цю таблицю, можна легко зводити ступінь будь-які числа, попередньо розклавши їх на два доданків. Таким чином, трикутник Паскаля і біном Ньютона взаємопов'язані самим тісним чином.

Математичні чудеса

При уважному вивченні трикутника Паскаля можна виявити, що:

сума всіх чисел у рядку з порядковим номером n (відлік ведеться з 0) дорівнює 2 n ;

якщо рядки вирівняти по лівому краю, то суми чисел, які розташовані вздовж діагоналей трикутника Паскаля, що йдуть знизу вгору і зліва направо, дорівнюють числам Фібоначчі;

перша «діагональ» складається з натуральних чисел, що йдуть по порядку;

будь-який елемент трикутника Паскаля, зменшений на одиницю, дорівнює сумі чисел, розташованих усередині паралелограма, який обмежений лівими і правими діагоналями, що перетинаються на цьому числі;

у кожній рядку схеми сума чисел на парних місцях дорівнює сумі елементів на непарних місцях.

Трикутник Серпінського

Така цікава математична схема, досить перспективна з точки зору вирішення складних завдань, виходить, якщо розфарбувати парні числа Паскалевого зображення в один колір, а непарні — до іншого.
Трикутник Серпінського можна вибудувати і іншим чином:

у зафарбованої схемою Паскаля перефарбовують в інший колір серединний трикутник, який утворений шляхом з'єднання середин сторін вихідного;

точно також надходять з трьома незафарбованими, розташованими в кутах;

якщо процедуру продовжувати нескінченно, то в результаті повинна вийти двоколірна фігура.

Найцікавіше властивість трикутника Серпінського — його самоподібність, так як він складається з 3-х своїх копій, які зменшено у 2 рази. Воно дозволяє віднести цю схему до фрактальним кривим, а вони, як показують новітні дослідження найкраще підходять для математичного моделювання хмар, рослин, дельт річок, так і самого Всесвіту.

Кілька цікавих завдань

Де використовується трикутник Паскаля? Приклади завдань, які можна вирішувати з його допомогою, досить різноманітні і належать до різних галузей науки. Розглянемо деякі, найбільш цікаві з них. Завдання 1. У деякого великого міста, обнесеного фортечною стіною, тільки одні вхідні ворота. На першому перехресті головна дорога розходиться на дві. Те ж відбувається і на будь-якому іншому. В місто заходять 210 осіб. На кожному з зустрічаються перехресть вони діляться навпіл. Скільки людей буде знаходити на кожному перехресті, коли ділитися буде вже неможливо. Її відповіддю є 10 рядок трикутника Паскаля (формула коефіцієнтів представлена вище), де по обидва боки від вертикальної осі розташовані числа 210. Завдання 2. Є 7 найменувань квітів. Потрібно скласти букет з 3 квіток. Потрібно з'ясувати, скількома різними способами це можна зробити. Це завдання з області комбінаторики. Для її вирішення знову ж використовуємо трикутник Паскаля і отримуємо на 7 рядку на третій позиції (нумерація в обох випадках з 0) число 35. Тепер ви знаєте, що винайшов великий французький філософ і вчений Блез Паскаль. Його знаменитий трикутник при правильному використанні може стати справжньою паличкою-виручалочкою для вирішення багатьох задач, особливо з області комбінаторики. Крім того, його можливо використовувати для розгадування численних загадок, пов'язаних з фракталами.