简单而不平凡的杨辉三角
楊輝三角,又叫做賈憲三角形,帕斯卡三角形。它在中國最早由賈憲在《釋鎖算術(shù)》中提出,后來南宋數(shù)學(xué)家楊輝在所著的《詳解九章算法》中進(jìn)行了詳細(xì)說明。
楊輝三角中的三角形數(shù)表,是自然界和諧統(tǒng)一的體現(xiàn)。楊輝三角是二項(xiàng)式系數(shù)在三角形中的一種幾何排列,其中蘊(yùn)含著二項(xiàng)式系數(shù)的幾個(gè)相關(guān)性質(zhì),包括二項(xiàng)式系數(shù)的對(duì)稱性、增減性與最大值、各二項(xiàng)式系數(shù)的和等。
楊輝三角中還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只這些規(guī)律,它本身也包含了很多奇妙的性質(zhì)。楊輝三角的前提是每行數(shù)字開頭與結(jié)尾的數(shù)都為1;第n行的數(shù)字有n項(xiàng),且數(shù)字之和為2n-1;在第n行中,第m個(gè)數(shù)與第n-m+1的數(shù)值相同,這便是組合數(shù)的性質(zhì)之一;第n行中的第m個(gè)數(shù)可以表示為:C(n-1,m-1),也就是從n-1個(gè)元素當(dāng)中選取 m-1個(gè)元素,這屬于楊輝三角的基本性質(zhì)之一;每個(gè)數(shù)字與上方兩數(shù)之和相同,按照此規(guī)律便能夠得出整個(gè)楊輝三角,即第n+1行中第i個(gè)數(shù)的數(shù)值為第n行中第i-1個(gè)數(shù)與第i個(gè)數(shù)相加之和相同,這便是組合數(shù)的又一大性質(zhì),用公式可以表示為:C(n+1,i)=C(n,i)+C(n,i-1)。
在古老的楊輝三角中存在著很多奧秘,除了數(shù)學(xué)方面,楊輝三角也與許多詩文形成映射,展現(xiàn)了詩文之美。
一、 楊輝三角的外形與寶塔詩
唐代白居易做過一首《一七令·詩》
詩,
綺美,瑰奇。
明月夜,落花時(shí)。
能助歡笑,亦傷別離。
調(diào)清金石怨,吟苦鬼神悲。
天下只應(yīng)我愛,世間唯有君知。
自從都尉別蘇句,便到司空送白辭。
這種詩體名為寶塔詩,都是寬底尖頂,兩側(cè)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。每行每句相比上一行增加一字。從外形上看,富有美感的寶塔詩和楊輝三角很是相似。
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二、 遞推鏈與連環(huán)章
楊輝三角每行首尾數(shù)字都是1,中間的每個(gè)數(shù)剛好是該數(shù)兩肩上的數(shù)字之和。這種層層遞推的數(shù)鏈結(jié)構(gòu),表現(xiàn)在文學(xué)中就是連環(huán)章。
如經(jīng)典的詩文有《桃話冷落》:“桃花冷落被風(fēng)飄,飄落殘花過小橋。橋下金魚雙戲水,水邊小鳥理新毛。毛衣未濕黃梅雨,雨滴江梨分外嬌……敲門借問天臺(tái)路,路過小橋有斷橋,橋邊種碧桃。”全詩一氣呵成,從“桃”字開始,首尾相連,每句首字是上一句末字,頂真回環(huán)。句與句之間的關(guān)系和楊輝三角行與行之間層層遞推的關(guān)系有著異曲同工之妙;全詩首尾同字,也和楊輝三角每行首尾都是1結(jié)構(gòu)相同。
楊輝三角雖然是數(shù)學(xué)問題,可是只要用心觀察,便會(huì)發(fā)現(xiàn)它在很多方面都有著神奇的魅力。
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來源:科普中國
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