Бином Ньютона и треугольник Паскаля

Некоторые правила сокращенного умножения были известны еще около 4 тыс. лет назад. Их знали вавилоняне, греки и некоторые другие народы древности. В Древней Греции жили и работали замечательные ученые математики, философы, астрономы, физики, которые всю свою жизнь отдали служению науке. Начиная с VI века до н. э., у древнегреческих математиков встречаются общие утверждения о тождественном преобразовании многочленов, применении формул и правил, которые установил древнегреческий ученый Пифагор, живший в 6 в. до н.э.

Тогда было принято все алгебраические утверждения выражать в геометрической форме. Особенно широко алгебраическими тождествами пользовался в 3 в до н.э. древнегреческий геометр Евклид. В своих «Началах», состоящих из 13 книг, вторую он посвятил алгебраическим тождествам (всего тождеств было 10). У древних греков величины обозначались не числами или буквами, а отрезками прямых. Они говорили не «а», а «квадрат на отрезке а», не «ав», а «прямоугольник, содержащийся между отрезками а и в». Например, тождество ( а + в )=а + 2ав + в во второй книге «Начал» Евклида формулировалось так: « Если прямая линия ( имеется в виду отрезок) как- либо рассечена, то квадрат на всей прямой равен квадратам на отрезках вместе с дважды взятым прямоугольником, заключенным между отрезками». Доказательство опиралось на геометрические соображения.

Первым ученым, который отказался от геометрических способов выражения и перешел к алгебраическим уравнениям, был древнегреческий ученый-математик, живший в III веке до н. э. Диофант Александрийский. В своей книге «Арифметика» Диофант формулы квадрата суммы, квадрата разности и разности квадратов рассматривал уже с арифметической точки зрения. Ну а современную символику алгебраические тождества получили благодаря двум математикам, а именно Виету и Декарту(16 век).

Также вопросами исследования многочленов занимался и иранский поэт, математик, астроном, философ живший в XI-XII вв. (по европейскому летоисчислению) в Персии Омар Хайям. Первый математический трактат Омара Хайяма «Трудности арифметики» пока не обнаружен. Из других работ известно, что он содержит сведенья о разработанном Хайямом общем приеме извлечения корня любой степени с натуральным показателем «методом индийцев», т.е. с помощью правил (а+b)2 и (a+b)3. Основываясь на известных фактах, ученые предполагают, что Хайям открыл формулу возведения двучлена a+b в степень n. (К сожалению, результаты работы математиков Востока были неизвестны в Европе до XVII в., поэтому их пришлось открывать заново.)

На современном уровне развития математики данные формулы были обоснованы Исааком Ньютоном. Формула, которая позволяет выписывать разложение алгебраической суммы двух слагаемых произвольной степени, впервые была предложена Ньютоном в 1664–1665 г. и получила название бинома Ньютона. Эта формула была известна задолго до Ньютона многим ученым разных времен и стран, в том числе ал-Караджи (5 в.), ат-Туси и ал-Каши, Тарталье, Ферма, Паскалю. Строгое доказательство формулы для натурального n было дано в 1713 г. опять-таки не Ньютоном, а Якобом Бернулли. В чем же заслуга Ньютона, имя которого носит эта формула? В том, что он распространил ее на любое действительное n, т. е. он показал, что формула верна и тогда, когда n является рациональным или иррациональным, положительным или отрицательным числом. В настоящее время употребление дробных, отрицательных и иррациональных показателей кажется каждому старшекласснику несложным делом, однако в 17 веке Ньютон был первым человеком в мире, начавшим систематически употреблять в алгебре показатели, отличные от целых положительных. Скромное на первый взгляд дело – распространение этой формулы на действительные показатели – имело огромное значение для развития математики

При небольших значениях n коэффициенты можно найти из треугольника Паскаля. Блез Паскаль триста пятьдесят лет назад придумал специальный инструмент для определения этих самых коэффициентов — «треугольник Паскаля».

Бином Ньютона

Для любого натурального числа n справедлива формула, называемая формулой бинома Ньютона

(a+b) - двучлен (бином)

(a+b)0=1

(a+b)1=a+b

(a+b)2=C20a + C21ab + C22b2

Коэффициенты формулы называются биномиальными коэффициентами. Если n – положительное целое число, то коэффициенты обращаются в нуль при любом k > n, поэтому разложение содержит лишь конечное число членов. Во всех остальных случаях разложение представляет собой бесконечный (биномиальный) ряд.

Свойства бинома Ньютона:

• Бином Ньютона содержит n+1 слагаемых.
• Биноминальные коэффициенты, равноудаленные от концов равны между собой.

Треугольник Паскаля

Строится он следующим образом. В вершине треугольника пишем 1. Единица соответствует выражению (a+b), поскольку любое число, возведённое в нулевую степень, даёт единицу. Достраивая треугольник, ниже пишем ещё по единице. Это коэффициенты разложения того же двучлена, возведённого в первую степень: (a+b)=a+ b. Идём дальше. Стороны треугольника образуют единицы, а между ними — сумма двух единичек, находящихся сверху, то есть 2. Это и есть коэффициенты трёхчлена «квадрат суммы»: a+2ab+b.

Следующий ряд, как и предыдущий, начинается и заканчивается единицами, а между ними — суммы цифр, находящихся сверху: 1, 3, 3, 1. Мы получили коэффициенты разложения «куба суммы». Ряд коэффициентов двучлена четвёртой степени составят 1, 4, 6, 4, 1 и так далее.

Свойства треугольника Паскаля:

• В треугольнике Паскаля каждое число кроме крайних единиц равно сумме двух соседних в предыдущей строке.
• Сумма чисел n-ой строки равна 2n, где n принадлежит целым числам.
• Сумма чисел любой строки в два раза больше суммы чисел в предыдущей строке.
• Числа, равноудаленные от концов любой строки равны между собой. Сmn=Cmm-n