อ่าน 22 นาที
สามเหลี่ยมปาสคาล
ในทาง คณิตศาสตร์ สามเหลี่ยมปาสคาล เป็น อาร์เรย์สามเหลี่ยมอนันต์ ของ สัมประสิทธิ์ทวินาม ซึ่งมีบทบาทสำคัญในทฤษฎีความน่าจะเป็น คณิตศาสตร์เชิง การจัดเรียง และพีชคณิต ใน โลกตะวันตก...
สามเหลี่ยมปาสคาล
ในทางคณิตศาสตร์สามเหลี่ยมปาสคาลเป็นอาร์เรย์สามเหลี่ยมอนันต์ของสัมประสิทธิ์ทวินามซึ่งมีบทบาทสำคัญในทฤษฎีความน่าจะเป็น คณิตศาสตร์เชิงการจัดเรียง และพีชคณิต ใน โลกตะวันตกส่วนใหญ่ สามเหลี่ยมปาสคาล ตั้งชื่อตามนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสบลาส์ ปาสคาลแม้ว่านักคณิตศาสตร์ คนอื่นๆ จะศึกษาสามเหลี่ยม ปาสคาลมาหลายศตวรรษก่อนหน้าเขาในเปอร์เซีย[ 1 ] อินเดีย[ 2 ]จีนเยอรมนีและอิตาลี [ 3 ]
โดยทั่วไปแล้ว แถวของสามเหลี่ยมปาสคาลจะถูกนับเริ่มต้นจากแถวบนสุด (แถวที่ 0) ตัวเลขในแต่ละแถวจะถูกนับจากซ้ายไปขวาและมักจะเหลื่อมกันกับตัวเลขในแถวที่อยู่ติดกัน สามเหลี่ยมนี้อาจสร้างขึ้นในลักษณะดังต่อไปนี้: ในแถวที่ 0 (แถวบนสุด) จะมีตัวเลขที่ไม่เป็นศูนย์เพียงตัวเดียวคือ 1 ตัวเลขในแต่ละแถวถัดไปจะสร้างขึ้นโดยการบวกตัวเลขด้านบนและทางซ้ายกับตัวเลขด้านบนและทางขวา โดยถือว่าช่องว่างเป็น 0 ตัวอย่างเช่น ตัวเลขเริ่มต้นของแถวที่ 1 (หรือแถวอื่นๆ) คือ 1 (ผลรวมของ 0 และ 1) ในขณะที่ตัวเลข 1 และ 3 ในแถวที่ 3 จะถูกบวกกันเพื่อให้ได้ตัวเลข 4 ในแถวที่ 4
สูตร

ในแถวที่ n ของสามเหลี่ยมปาสคาลรายการที่ n จะถูกแทน ด้วย kซึ่งอ่านว่า " nเลือกk " เพราะมันอธิบายจำนวนวิธีเลือก : จำนวนวิธีในการเลือกสิ่งของจากกลุ่ม สิ่งของ การนับแถวเริ่มต้นที่ 0 และรายการภายในแถวก็จะนับจาก 0 เช่นกัน ตัวอย่างเช่น รายการบนสุดคือk ด้วยสัญลักษณ์นี้ โครงสร้างของย่อหน้าก่อนหน้านี้สามารถเขียนได้ดังนี้
สำหรับจำนวนเต็มบวกใดๆและจำนวนเต็มใดๆ[ 4 ] ความ สัมพันธ์เวียนเกิดนี้สำหรับสัมประสิทธิ์ทวินามเรียกว่ากฎของปาสคาลสัมประสิทธิ์ทวินามใดๆ สามารถคำนวณได้ดังนี้
ประวัติศาสตร์


รูปแบบของตัวเลขที่ประกอบเป็นสามเหลี่ยมของปาสคาลเป็นที่รู้จักกันมานานก่อนสมัยของปาสคาล นักคณิตศาสตร์ชาวเปอร์เซีย อัล-คาราจี (953–1029) ได้เขียนหนังสือที่สูญหายไปแล้วเล่มหนึ่งซึ่งมีคำอธิบายแรกเกี่ยวกับสามเหลี่ยมของปาสคาล[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]ในอินเดียจันดะห์ศาสตราโดยกวีและนักคณิตศาสตร์ชาวอินเดียปิงคละ (ศตวรรษที่ 3 หรือ 2 ก่อนคริสต์ศักราช) อธิบายวิธีการจัดเรียงพยางค์สองประเภทเพื่อสร้างเมตร ที่มีความยาวต่างๆ และนับจำนวน ซึ่งตีความและขยายความโดย ฮาลายุธะผู้ตีความของปิงคละในศตวรรษที่ 10 ว่า "วิธีการขยายแบบพีระมิด" ( เมรุ-ปราสตารา ) สำหรับการนับเมตรนั้นเทียบเท่ากับสามเหลี่ยมของปาสคาล[ 8 ]ต่อมาได้รับการกล่าวซ้ำโดยโอมาร์ คัยยัม (1048–1131) นักคณิตศาสตร์ชาวเปอร์เซียอีกคนหนึ่ง ดังนั้นสามเหลี่ยมนี้จึงถูกเรียกว่าสามเหลี่ยมคัยยัม ( مثلث خیام ) ในอิหร่าน[ 9 ]มีทฤษฎีบทหลายข้อที่เกี่ยวข้องกับสามเหลี่ยมนี้เป็นที่รู้จัก รวมถึงทฤษฎีบททวินามคัยยัมใช้วิธีการหาค่ารากที่nโดยอาศัยการกระจายทวินาม และด้วยเหตุนี้จึงอาศัยสัมประสิทธิ์ทวินาม[ 1 ]
สามเหลี่ยมปาสคาลเป็นที่รู้จักในประเทศจีนในช่วงศตวรรษที่ 11 ผ่านผลงานของนักคณิตศาสตร์ชาวจีนชื่อ เจียเซียน (ค.ศ. 1010–1070) ในช่วงศตวรรษที่ 13 หยางฮุย (ค.ศ. 1238–1298) ได้กำหนดนิยามของสามเหลี่ยม และเป็นที่รู้จักในประเทศจีน ในชื่อ สามเหลี่ยมของหยางฮุย (杨辉三角;楊輝三角) [ 10 ]
ในยุโรป สามเหลี่ยมของปาสคาลปรากฏขึ้นครั้งแรกในหนังสือArithmeticของJordanus de Nemore (ศตวรรษที่ 13) [ 11 ] สัมประสิทธิ์ทวินามได้รับการคำนวณโดยGersonidesในช่วงต้นศตวรรษที่ 14 โดยใช้สูตรการคูณ[ 12 ] Petrus Apianus (1495–1552) ได้ตีพิมพ์สามเหลี่ยมฉบับเต็มบนหน้าปกหนังสือเกี่ยวกับการคำนวณทางธุรกิจของเขาในปี 1527 [ 13 ] Michael Stifelได้ตีพิมพ์ส่วนหนึ่งของสามเหลี่ยม (จากคอลัมน์ที่สองถึงคอลัมน์กลางในแต่ละแถว) ในปี 1544 โดยอธิบายว่าเป็นตารางของตัวเลขรูปทรง[ 12 ]ในอิตาลี สามเหลี่ยมของปาสคาลเรียกว่าสามเหลี่ยมของทาร์ตาเกลียซึ่งตั้งชื่อตามนักพีชคณิตชาวอิตาลีทาร์ตาเกลีย (ค.ศ. 1500–1577) ผู้ตีพิมพ์สามเหลี่ยมหกแถวในปี ค.ศ. 1556 [ 12 ]เจโรลาโม คาร์ดาโนยังได้ตีพิมพ์สามเหลี่ยมรวมถึงกฎการบวกและการคูณสำหรับการสร้างสามเหลี่ยมในปี ค.ศ. 1570 [ 12 ]
Traité du triangle arithmétique ( ตำราว่าด้วยสามเหลี่ยมทางคณิตศาสตร์ ) ของปาสคาลได้รับการตีพิมพ์หลังมรณกรรมในปี 1665 [ 14 ]ในตำรานี้ ปาสคาลได้รวบรวมผลลัพธ์หลายอย่างที่ทราบกันในขณะนั้นเกี่ยวกับสามเหลี่ยม และนำมาใช้แก้ปัญหาในทฤษฎีความน่าจะเป็นต่อมาสามเหลี่ยมนี้ได้รับการตั้งชื่อตามปาสคาลโดยPierre Raymond de Montmort (1708) ซึ่งเรียกมันว่าtable de M. Pascal pour les combinaisons (ภาษาฝรั่งเศส: ตารางของนายปาสคาลสำหรับการจัดหมู่) และAbraham de Moivre (1730) ซึ่งเรียกมันว่าTriangulum Arithmeticum PASCALIANUM (ภาษาละติน: สามเหลี่ยมทางคณิตศาสตร์ของปาสคาล) ซึ่งกลายเป็นพื้นฐานของชื่อเรียกสมัยใหม่ในโลกตะวันตก[ 15 ]
การกระจายทวินาม

สามเหลี่ยมปาสคาลใช้กำหนดสัมประสิทธิ์ที่ปรากฏในการกระจายทวินามตัวอย่างเช่น ในการกระจาย สัมประสิทธิ์คือค่าในแถวที่สองของสามเหลี่ยมปาสคาล: , , .
โดยทั่วไปทฤษฎีบททวินามกล่าวว่า เมื่อ ยกกำลัง ทวินามเช่นด้วยจำนวนเต็มบวกนิพจน์จะขยายออกเป็น โดย ที่สัมประสิทธิ์คือตัวเลขในแถวของสามเหลี่ยมปาสคาลอย่างแม่นยำ:
เส้นทแยงมุมด้านซ้ายทั้งหมดของสามเหลี่ยมปาสคาลสอดคล้องกับสัมประสิทธิ์ของในการกระจายทวินามเหล่านี้ ในขณะที่เส้นทแยงมุมด้านซ้ายถัดไปสอดคล้องกับสัมประสิทธิ์ของและอื่นๆ ต่อไป
เพื่อดูว่าทฤษฎีบททวินามเกี่ยวข้องกับการสร้างสามเหลี่ยมปาสคาลอย่างง่ายอย่างไร ลองพิจารณาปัญหาการคำนวณสัมประสิทธิ์ของการกระจายของในรูปของสัมประสิทธิ์ที่สอดคล้องกันของโดยที่เรากำหนดให้เพื่อความง่าย สมมติว่า ตอน นี้
ผลรวมทั้งสองสามารถจัดเรียงดัชนีใหม่และรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ผลลัพธ์
ดังนั้น สัมประสิทธิ์ด้านซ้ายและขวาสุดจึงยังคงเป็น 1 และสำหรับค่าใดๆ ก็ตามสัมประสิทธิ์ของพจน์ในพหุนามจะเท่ากับผลรวมของสัมประสิทธิ์ของและในกำลังก่อนหน้านี่คือหลักการบวกแบบลงล่างสำหรับการสร้างสามเหลี่ยมปาสคาล
ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเปลี่ยนข้อโต้แย้งนี้ให้เป็นการพิสูจน์ (โดยการอุปมานทางคณิตศาสตร์ ) ของทฤษฎีบททวินาม
เนื่องจากสัมประสิทธิ์จึงเหมือนกันในการขยายกรณีทั่วไป
ผลลัพธ์ที่น่าสนใจอย่างหนึ่งของทฤษฎีบททวินามได้มาจากการตั้งค่าตัวแปรทั้งสองเป็น เพื่อให้
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ผลรวมของสมาชิกในแถวที่ i ของสามเหลี่ยมปาสคาลคือกำลังที่ i ของ 2 ซึ่งเทียบเท่ากับข้อความที่ว่าจำนวนเซตย่อยของเซตที่มีสมาชิก k ตัวคือn ตัว ดังที่เห็นได้จากการสังเกตว่าสมาชิกแต่ละตัวสามารถถูกรวมหรือแยกออกจากเซตย่อยที่กำหนดได้อย่างอิสระ
การผสมผสาน
การประยุกต์ใช้สามเหลี่ยมปาสคาลที่มีประโยชน์อีกประการหนึ่งคือการคำนวณการจัดหมู่จำนวนการจัดหมู่ของสิ่งของที่เลือกมาในแต่ละครั้ง กล่าวคือ จำนวนเซตย่อยขององค์ประกอบจากองค์ประกอบต่างๆ สามารถหาได้จากสมการ
- .
(สัญลักษณ์อื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับ ได้แก่ , และ .) นี่เท่ากับรายการในแถวของสามเหลี่ยมปาสคาล แทนที่จะทำการคำนวณแบบคูณ เราสามารถดูรายการที่เหมาะสมในสามเหลี่ยม (ที่สร้างขึ้นโดยการบวก) ได้เลย ตัวอย่างเช่น สมมติว่าต้องจ้างคนงาน 3 คนจากผู้สมัคร 7 คน ดังนั้นจำนวนตัวเลือกการจ้างงานที่เป็นไปได้คือ 7 เลือก 3 ซึ่งเป็นรายการ 3 ในแถวที่ 7 ของตารางข้างต้น (โดยพิจารณาว่าแถวแรกคือแถวที่ 0) ซึ่งก็คือ. [ 16 ]
ความสัมพันธ์กับการแจกแจงทวินามและการสังเคราะห์
เมื่อหารด้วยแถวที่ ของสามเหลี่ยมปาสคาลจะกลายเป็นการแจกแจงทวินามในกรณีสมมาตรที่โดยทฤษฎีบทลิมิตกลางการแจกแจงนี้จะเข้าใกล้การแจกแจงปกติเมื่อเพิ่มขึ้น สิ่งนี้สามารถเห็นได้จากการใช้สูตรของสเตอร์ลิงกับแฟกทอเรียลที่เกี่ยวข้องในสูตรสำหรับการรวมกัน
สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการดำเนินการของการสังเคราะห์แบบไม่ต่อเนื่องในสองแง่มุม ประการแรก การคูณพหุนามสอดคล้องกับการสังเคราะห์แบบไม่ต่อเนื่องอย่างแม่นยำ ดังนั้นการสังเคราะห์ลำดับซ้ำๆกับตัวเองจึงสอดคล้องกับการยกกำลังของและด้วยเหตุนี้จึงสร้างแถวของสามเหลี่ยม ประการที่สอง การสังเคราะห์ฟังก์ชันการกระจายสำหรับตัวแปรสุ่ม ซ้ำๆ กับตัวเองสอดคล้องกับการคำนวณฟังก์ชันการกระจายสำหรับผลรวมของ สำเนาอิสระ nชุดของตัวแปรนั้น นี่คือสถานการณ์ที่ทฤษฎีบทลิมิตกลางใช้ได้ และด้วยเหตุนี้จึงส่งผลให้เกิดการกระจายแบบปกติในลิมิต (การดำเนินการของการสังเคราะห์ซ้ำๆ ของบางสิ่งกับตัวเองเรียกว่ากำลังการสังเคราะห์ )
รูปแบบและคุณสมบัติ
สามเหลี่ยมปาสคาลมีคุณสมบัติหลายประการและประกอบด้วยรูปแบบตัวเลขมากมาย


แถว
- ผลรวมขององค์ประกอบในแถวเดียวกันจะมีค่าเป็นสองเท่าของผลรวมขององค์ประกอบในแถวก่อนหน้า ตัวอย่างเช่น แถวที่ 0 (แถวบนสุด) มีค่าเป็น 1 แถวที่ 1 มีค่าเป็น 2 แถวที่ 2 มีค่าเป็น 4 และอื่นๆ ต่อไปเรื่อยๆ เนื่องจากองค์ประกอบทุกตัวในแถวหนึ่งจะสร้างองค์ประกอบสองตัวในแถวถัดไป คือหนึ่งตัวทางซ้ายและหนึ่งตัวทางขวา ผลรวมขององค์ประกอบในแถวนั้น จึงเท่ากับ2/3
- เมื่อนำผลคูณขององค์ประกอบในแต่ละแถวมาใช้กับลำดับของผลคูณ (ลำดับA001142 ใน OEIS) จะมีความสัมพันธ์กับฐานของลอการิทึมธรรมชาติ e [ 17 ] [ 18 ] โดยเฉพาะอย่างยิ่งให้กำหนดลำดับสำหรับทั้งหมด ดังนี้ :จากนั้น อัตราส่วนของผลคูณแถวที่ต่อเนื่องกันคือและอัตราส่วนของอัตราส่วนเหล่านี้คือด้านขวามือของสมการข้างต้นมีรูปแบบตามนิยามของลิมิตของ
- สามารถพบได้ในสามเหลี่ยมปาสคาลโดยใช้ชุดอนันต์นิลา กัน ธา[ 19 ]
- ตัวเลขบางส่วนในสามเหลี่ยมปาสคาลมีความสัมพันธ์กับตัวเลขในสามเหลี่ยมโลซานิช
- ผลรวมของกำลังสองขององค์ประกอบในแถว nเท่ากับองค์ประกอบตรงกลางของแถว 2n ตัวอย่างเช่น 1/2 + 4/2 + 6/2 + 4/2 + 1/2 = 70ในรูปแบบทั่วไป
- ในแถวคู่ใดๆตัวเลขตรงกลางลบด้วยตัวเลขที่อยู่ถัดไปทางซ้ายสองตำแหน่งจะได้เท่ากับจำนวนคาตาลันเช่น ในแถวที่ 4 ซึ่งประกอบด้วย 1, 4, 6, 4, 1 เราจะได้จำนวนคาตาลัน ลำดับที่ 3
- ในแถว pโดยที่pเป็นจำนวนเฉพาะพจน์ทั้งหมดในแถวนั้น ยกเว้นเลข 1 จะหารด้วยp ลงตัว สามารถพิสูจน์ได้ง่ายๆ จากสูตรการคูณเนื่องจากตัวส่วนไม่มีตัวประกอบเฉพาะที่เท่ากับpดังนั้นp จึง ยังคงอยู่ในตัวเศษหลังจากการหารจำนวนเต็ม ทำให้พจน์ทั้งหมดเป็นพหุคูณของp
- ความเท่าเทียมกัน : ในการนับพจน์คี่ในแถว nให้แปลงnเป็นเลขฐานสองให้xเป็นจำนวน 1 ในการแสดงเลขฐานสอง จากนั้นจำนวนพจน์คี่จะเป็น2xตัวเลขเหล่านี้คือค่าในลำดับของ Gould [ 20 ]
- รายการทุกรายการในแถว 2 n − 1, n ≥ 0 เป็นจำนวนคี่[ 21 ]
- ความเป็นขั้ว : เมื่อนำองค์ประกอบในแถวของสามเหลี่ยมปาสคาลมาบวกและลบสลับกัน ผลลัพธ์จะเป็น 0 ตัวอย่างเช่น แถวที่ 6 คือ 1, 6, 15, 20, 15, 6, 1 ดังนั้นสูตรคือ 1 − 6 + 15 − 20 + 15 − 6 + 1 = 0
เส้นทแยงมุม

เส้นทแยงมุมของสามเหลี่ยมปาสคาลประกอบด้วยจำนวนรูปทรงเรขาคณิตของซิมเพล็กซ์:
- เส้นทแยงมุมที่ลากตามขอบด้านซ้ายและด้านขวาประกอบด้วยเลข 1 เท่านั้น
- เส้นทแยงมุมที่อยู่ถัดจากเส้นทแยงมุมขอบประกอบด้วยจำนวนธรรมชาติเรียงลำดับกัน จำนวนซิมเพล็กซ์ 1 มิติจะเพิ่มขึ้นทีละ 1 เมื่อส่วนของเส้นตรงขยายไปยังจำนวนเต็มถัดไปตามเส้นจำนวน
- เมื่อเลื่อนเข้ามาด้านใน เส้นทแยงมุมคู่ถัดไปจะประกอบด้วยตัวเลขสามเหลี่ยมตามลำดับ
- เส้นทแยงมุมคู่ถัดไปจะประกอบด้วยตัวเลขทรงสี่หน้า ตามลำดับ และเส้น ทแยงมุมคู่ถัดไปจะให้ตัวเลขทรงห้าเหลี่ยม
ความสมมาตรของรูปสามเหลี่ยมบ่งชี้ว่า จำนวนมิติ d ตัวที่nเท่ากับจำนวนมิติ n ตัว ที่d
สูตรทางเลือกที่ไม่เกี่ยวข้องกับการเรียกซ้ำคือ โดยที่n ( d )คือ แฟกทอเรี ยล ที่เพิ่มขึ้น
ความหมายทางเรขาคณิตของฟังก์ชันP dคือ: P d (1) = 1 สำหรับทุกdสร้างสามเหลี่ยมมิติ d ( สามเหลี่ยม 3 มิติคือทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่า ) โดยวางจุดเพิ่มเติมไว้ใต้จุดเริ่มต้น ซึ่งสอดคล้องกับP d (1) = 1 วางจุดเหล่านี้ในลักษณะที่คล้ายคลึงกับการวางตัวเลขในสามเหลี่ยมของปาสคาล ในการหา P d ( x ) ให้มีจุดทั้งหมดxจุดที่ประกอบเป็นรูปร่างเป้าหมาย P d ( x ) จะเท่ากับจำนวนจุดทั้งหมดในรูปร่างนั้น สามเหลี่ยมมิติ 0 คือจุด และสามเหลี่ยมมิติ 1 คือเส้นตรง ดังนั้นP 0 ( x ) = 1 และP 1 ( x ) = xซึ่งเป็นลำดับของจำนวนธรรมชาติ จำนวนจุดในแต่ละชั้นสอดคล้องกับP d − 1 ( x )
การคำนวณแถวหรือแนวทแยงมุมเพียงอย่างเดียว
มีอัลกอริธึมง่ายๆ ที่สามารถคำนวณหาค่าของทุกองค์ประกอบในแถวหรือแนวทแยงมุมได้โดยไม่ต้องคำนวณค่าขององค์ประกอบอื่นๆ หรือค่าแฟกทอเรียล
ในการคำนวณแถวที่มีองค์ประกอบให้เริ่มต้นด้วยสำหรับแต่ละองค์ประกอบถัดไป ค่าจะถูกกำหนดโดยการคูณค่าก่อนหน้าด้วยเศษส่วนที่มีตัวเศษและตัวส่วนที่เปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ:
ตัวอย่างเช่น ในการคำนวณแถวที่ 5 เศษส่วนคือ , , , และดังนั้นองค์ประกอบคือ , , , เป็นต้น (องค์ประกอบที่เหลือหาได้ง่ายที่สุดโดยใช้สมมาตร)
ในการคำนวณแนวทแยงมุมที่มีองค์ประกอบ ให้เริ่มต้นใหม่อีกครั้งด้วยและหาองค์ประกอบถัดไปโดยการคูณด้วยเศษส่วนบางค่า:
ตัวอย่างเช่น ในการคำนวณเส้นทแยงมุมที่เริ่มต้นที่เศษส่วนคือ และองค์ประกอบคือเป็นต้น โดยสมมาตร องค์ประกอบเหล่านี้จึงเท่ากับเป็นต้น

รูปแบบและคุณสมบัติโดยรวม

- รูปแบบที่ได้จากการระบายสีเฉพาะเลขคี่ในสามเหลี่ยมปาสคาลนั้นคล้ายคลึงกับแฟร็กทัลที่รู้จักกันในชื่อสามเหลี่ยมเซียร์ปินสกีความคล้ายคลึงนี้จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเมื่อพิจารณาจำนวนแถวมากขึ้น ในที่สุด เมื่อจำนวนแถวเข้าใกล้ค่าอนันต์ รูปแบบที่ได้จะเป็นสามเหลี่ยมเซียร์ปินสกี โดยสมมติว่าเส้นรอบรูปคงที่ โดยทั่วไปแล้ว ตัวเลขอาจถูกระบายสีแตกต่างกันไปตามว่าตัวเลขนั้นเป็นพหุคูณของ 3, 4 ฯลฯ หรือไม่ ซึ่งจะทำให้เกิดรูปแบบที่คล้ายคลึงกันอื่นๆ
- เนื่องจากสัดส่วนของจำนวนสีดำมีแนวโน้มเข้าใกล้ศูนย์เมื่อn เพิ่มขึ้น ผลที่ตามมาคือสัดส่วนของสัมประสิทธิ์ทวินามคี่มีแนวโน้มเข้าใกล้ศูนย์เมื่อnมีแนวโน้มเข้าสู่อนันต์[ 22 ]
- ในส่วนสามเหลี่ยมของตาราง (ดังภาพด้านล่าง) จำนวนเส้นทางที่สั้นที่สุดจากจุดหนึ่งไปยังจุดบนสุดของสามเหลี่ยมจะเป็นค่าที่สอดคล้องกันในสามเหลี่ยมของปาสคาล บน กระดานเกม Plinkoที่มีรูปร่างเหมือนสามเหลี่ยม การกระจายนี้จะให้ความน่าจะเป็นของการได้รับรางวัลต่างๆ

- หากจัดเรียงแถวของสามเหลี่ยมปาสคาลชิดซ้าย แถบแนวทแยง (ที่ระบุด้วยรหัสสีด้านล่าง) จะรวมกันได้เท่ากับตัวเลขฟิโบนาชชี
1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1
การสร้างเป็นเมทริกซ์เอกซ์โปเนนเชียล
เนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่ายโดยใช้แฟกทอเรียล เราจึงสามารถแสดงสามเหลี่ยมปาสคาลในรูปแบบพื้นฐานที่สุดโดยใช้เมทริกซ์เอกซ์โพเนนเชียลได้ดังนี้: สามเหลี่ยมปาสคาลคือเมทริกซ์เอกซ์โพเนนเชียลที่มีลำดับ 1, 2, 3, 4, ... บนแนวทแยงมุมย่อย และเป็นศูนย์ในทุกตำแหน่งอื่น
การสร้างพีชคณิตคลิฟฟอร์ดโดยใช้ซิมเพล็กซ์
การติดป้ายกำกับองค์ประกอบของซิมเพล็กซ์ n แต่ละตัวจะตรงกับองค์ประกอบพื้นฐานของพีชคณิตคลิฟฟอร์ดที่ใช้เป็นรูปแบบในพีชคณิตเรขาคณิตแทนที่จะเป็นเมทริกซ์ การรับรู้การดำเนินการทางเรขาคณิต เช่น การหมุน ช่วยให้สามารถค้นพบการดำเนินการทางพีชคณิตได้ เช่นเดียวกับที่แต่ละแถวnเริ่มต้นที่ 0 ของสามเหลี่ยมปาสคาลสอดคล้องกับ ซิมเพล็กซ์ (n-1)ดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง มันยังกำหนดจำนวนรูปแบบพื้นฐานที่มีชื่อในพีชคณิตเรขาคณิตnมิติ ทฤษฎีบท ทวินามสามารถใช้เพื่อพิสูจน์ความสัมพันธ์ทางเรขาคณิตที่สามเหลี่ยมปาสคาลให้ไว้[ 23 ]การพิสูจน์เดียวกันนี้สามารถนำไปใช้กับซิมเพล็กซ์ได้ ยกเว้นว่าคอลัมน์แรกของเลข 1 ทั้งหมดจะต้องถูกละเลย ในขณะที่ในพีชคณิต สิ่งเหล่านี้สอดคล้องกับจำนวนจริง ที่มีฐานเป็น 1
ความสัมพันธ์กับเรขาคณิตของรูปทรงหลายเหลี่ยม
แต่ละแถวของสามเหลี่ยมปาสคาลแสดงจำนวนองค์ประกอบ (เช่น ขอบและมุม) ของแต่ละมิติในซิมเพล็กซ์ที่ สอดคล้องกัน (เช่น สามเหลี่ยมหรือทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่า) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับk > 0ค่า ที่ kในแถวที่nคือจำนวน องค์ประกอบมิติ ( k − 1)ใน ซิมเพล็กซ์มิติ ( n − 1)ตัวอย่างเช่น สามเหลี่ยม (ซิมเพล็กซ์ 2 มิติ) มีองค์ประกอบ 2 มิติหนึ่งตัว (ตัวมันเอง) องค์ประกอบ 1 มิติสามตัว (เส้นหรือขอบ) และองค์ประกอบ 0 มิติสามตัว ( จุดยอดหรือมุม) ซึ่งสอดคล้องกับแถวที่สาม 1, 3, 3, 1 ของสามเหลี่ยมปาสคาล ข้อเท็จจริงนี้สามารถอธิบายได้โดยการรวมกฎของปาสคาลสำหรับการสร้างสามเหลี่ยมเข้ากับการสร้างทางเรขาคณิตของซิมเพล็กซ์: ซิมเพล็กซ์แต่ละอันเกิดจากซิมเพล็กซ์ที่มีมิติต่ำกว่าหนึ่งมิติโดยการเพิ่มจุดยอดใหม่ที่อยู่นอกพื้นที่ซึ่งซิมเพล็กซ์มิติต่ำกว่านั้นอยู่ จากนั้นองค์ประกอบมิติ dแต่ละตัวในซิมเพล็กซ์ที่เล็กกว่าจะยังคงเป็น องค์ประกอบมิติ dของซิมเพล็กซ์ที่สูงกว่า และ องค์ประกอบมิติ ( d − 1) แต่ละตัว เมื่อเชื่อมต่อกับจุดยอดใหม่จะสร้าง องค์ประกอบมิติ d ใหม่ ของซิมเพล็กซ์ที่สูงกว่า[ 24 ]
พบรูปแบบที่คล้ายกันเกี่ยวกับรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสเมื่อเทียบกับรูปสามเหลี่ยม ในการค้นหารูปแบบนั้น ต้องสร้างรูปสามเหลี่ยมที่คล้ายคลึงกับสามเหลี่ยมของปาสคาล โดยที่ค่าในแถวที่ (x + 2) คือสัมประสิทธิ์ของแถวที่ ( x + 1) แทนที่จะเป็นแถวที่ ( x + 1)มีหลายวิธีในการทำเช่นนี้ วิธีที่ง่ายกว่าคือเริ่มต้นด้วยแถวที่ 0 = 1 และแถวที่ 1 = 1, 2 จากนั้นสร้างรูปสามเหลี่ยมที่คล้ายคลึงกันตามกฎต่อไปนี้:
กล่าวคือ เลือกตัวเลขสองตัวตามกฎของสามเหลี่ยมปาสคาล แต่ให้คูณตัวเลขทางซ้ายด้วยสองเท่าก่อนนำมาบวกกัน ผลลัพธ์ที่ได้คือ:
อีกวิธีหนึ่งในการสร้างสามเหลี่ยมนี้คือ เริ่มจากสามเหลี่ยมของปาสคาล แล้วคูณแต่ละค่าด้วย 2k โดยที่ k คือตำแหน่งในแถวของตัวเลขที่กำหนด ตัวอย่างเช่น ค่าที่ 2 ในแถวที่ 4 ของสามเหลี่ยมของปาสคาลคือ 6 (ความชันของ 1 สอดคล้องกับค่าที่ 0 ในแต่ละแถว) เพื่อให้ได้ค่าที่อยู่ในตำแหน่งที่สอดคล้องกันในสามเหลี่ยมแบบอนาล็อก ให้คูณ 6 ด้วย2k = 6 × 2k / 2k = 6 × 4k = 24kเมื่อสร้างสามเหลี่ยมแบบอนาล็อกเสร็จแล้ว จำนวนองค์ประกอบของมิติใดๆ ที่ประกอบเป็นลูกบาศก์ ที่มีมิติใดๆ (เรียกว่าไฮเปอร์คิวบ์ ) สามารถอ่านได้จากตารางในลักษณะเดียวกับสามเหลี่ยมของปาสคาล ตัวอย่างเช่น จำนวนองค์ประกอบ 2 มิติในลูกบาศก์ 2 มิติ (สี่เหลี่ยมจัตุรัส) คือ 1 จำนวนองค์ประกอบ 1 มิติ (ด้าน หรือเส้น) คือ 4 และจำนวนองค์ประกอบ 0 มิติ (จุด หรือจุดยอด) คือ 4 ซึ่งตรงกับแถวที่ 2 ของตาราง (1, 4, 4) ลูกบาศก์มี 1 ลูกบาศก์ 6 หน้า 12 ขอบ และ 8 จุดยอด ซึ่งตรงกับแถวถัดไปของสามเหลี่ยมอนาล็อก (1, 6, 12, 8) รูปแบบนี้ดำเนินต่อไปเรื่อยๆ อย่างไม่มีที่สิ้นสุด
เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมรูปแบบนี้จึงเกิดขึ้น ก่อนอื่นให้ตระหนักว่าการสร้าง ลูกบาศก์ nมิติจากลูกบาศก์( n − 1)มิติ ทำได้โดยการทำซ้ำรูปทรงเดิมและเลื่อนไปเป็นระยะทางหนึ่ง (สำหรับ ลูกบาศก์ n มิติปกติ คือความยาวด้าน) ตั้งฉากกับพื้นที่ของรูปทรงเดิม จากนั้นเชื่อมต่อจุดยอดแต่ละจุดของรูปทรงใหม่กับจุดยอดที่สอดคล้องกันของรูปทรงเดิม กระบวนการทำซ้ำเริ่มต้นนี้เป็นเหตุผลว่าทำไมในการนับจำนวนองค์ประกอบมิติของลูกบาศก์nมิติ จึงต้องคูณตัวเลขตัวแรกของคู่ตัวเลขในแถวเดียวกันด้วย 2 ก่อนที่จะบวกกันเพื่อให้ได้ตัวเลขด้านล่าง การคูณด้วย 2 ในครั้งแรกจึงให้จำนวนองค์ประกอบ "ดั้งเดิม" ที่จะพบในลูกบาศก์n มิติที่สูงขึ้นถัดไป และเช่นเดียวกับก่อนหน้านี้ องค์ประกอบใหม่จะถูกสร้างขึ้นจากองค์ประกอบที่มีมิติน้อยกว่าหนึ่งมิติ (ด้านต่อจุดยอด หน้าต่อด้าน เป็นต้น) เช่นเดียวกับที่กล่าวมาแล้ว ตัวเลขสุดท้ายของแถวแสดงถึงจำนวนจุดยอดใหม่ที่จะถูกเพิ่มเข้าไปเพื่อสร้างn -cube ที่สูงขึ้นถัดไป
ในสามเหลี่ยมนี้ ผลรวมขององค์ประกอบในแถวmเท่ากับ 3m อีกครั้งหนึ่ง เพื่อใช้องค์ประกอบในแถวที่ 4 เป็นตัวอย่าง: 1 + 8 + 24 + 32 + 16 = 81ซึ่ง เท่ากับ
การนับจุดยอดในลูกบาศก์โดยใช้ระยะทาง
แต่ละแถวของสามเหลี่ยมปาสคาลแสดงจำนวนจุดยอดที่ระยะห่างแต่ละระยะจากจุดยอดคงที่ใน ลูกบาศก์ n มิติ ตัวอย่างเช่น ในสามมิติ แถวที่สาม (1 3 3 1) สอดคล้องกับ ลูกบาศก์สามมิติปกติ กล่าวคือ เมื่อกำหนดจุดยอดVแล้ว จะมีจุดยอดหนึ่งจุดที่ระยะห่าง 0 จากV (นั่นคือVเอง) จุดยอดสามจุดที่ระยะห่าง 1 จุดยอดสามจุดที่ระยะห่าง√2และจุดยอดหนึ่งจุดที่ระยะห่าง√3 (จุดยอดตรงข้ามกับV ) แถวที่ สองสอดคล้องกับรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ในขณะที่แถวที่มีหมายเลขมากกว่าจะสอดคล้องกับไฮเปอร์คิวบ์ในแต่ละมิติ
การแปลงฟูริเยร์ของ sin( x ) n +1 / x
ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ สัมประสิทธิ์ของ ( x + 1) nคือแถวที่ n ของสามเหลี่ยม ตอนนี้สัมประสิทธิ์ของ ( x − 1) nเหมือนกัน ยกเว้นว่าเครื่องหมายจะสลับจาก +1 เป็น −1 แล้วกลับมาอีกครั้ง หลังจากปรับค่ามาตรฐานอย่างเหมาะสมแล้ว รูปแบบของตัวเลขเดียวกันจะเกิดขึ้นในการแปลงฟูริเยร์ของ sin( x ) n +1 / xกล่าวคือ ถ้าnเป็นเลขคู่ ให้ใช้ส่วนจริงของการแปลง และถ้าnเป็นเลขคี่ ให้ใช้ส่วนจินตนาการจากนั้นผลลัพธ์จะเป็นฟังก์ชันขั้นบันไดซึ่งค่าของมัน (ปรับค่ามาตรฐานอย่างเหมาะสม) จะได้รับจาก แถวที่ nของสามเหลี่ยมที่มีเครื่องหมายสลับกัน[ 25 ]ตัวอย่างเช่น ค่าของฟังก์ชันขั้นบันไดที่ได้จาก:
สร้างแถวที่ 4 ของรูปสามเหลี่ยม โดยสลับเครื่องหมายกัน นี่เป็นการสรุปผลลัพธ์พื้นฐานต่อไปนี้ (ซึ่งมักใช้ในวิศวกรรมไฟฟ้า ):
คือฟังก์ชันกล่อง [ 26 ] แถว ที่สอดคล้องกันของสามเหลี่ยมคือแถว 0 ซึ่งประกอบด้วยเลข 1 เพียงตัวเดียว
ถ้า n สอดคล้องกับ 2 หรือ 3 mod 4 เครื่องหมายจะเริ่มต้นด้วย −1 อันที่จริง ลำดับของพจน์แรก (ที่ทำให้เป็นมาตรฐาน) สอดคล้องกับกำลังของiซึ่งวนรอบจุดตัดของแกนกับวงกลมหน่วยในระนาบเชิงซ้อน:
ส่วนขยาย
ขึ้นไปข้างบน
สามเหลี่ยมของปาสคาลอาจขยายขึ้นไปด้านบน เหนือ 1 ที่จุดยอด โดยยังคงรักษาคุณสมบัติการบวกไว้ แต่มีมากกว่าหนึ่งวิธีที่จะทำเช่นนั้น[ 27 ]
สู่มิติที่สูงขึ้น
สามเหลี่ยมของปาสคาลมี การขยายไปสู่ มิติ ที่สูงกว่า ในรูป แบบสามมิติเรียกว่าพีระมิดของปาสคาลหรือทรงสี่หน้าของปาสคาลส่วนในรูปแบบทั่วไปเรียกว่าซิมเพล็กซ์ของปาสคาล
สำหรับจำนวนเชิงซ้อน
เมื่อฟังก์ชันแฟกทอเรียลถูกกำหนดเป็นสามเหลี่ยมของปาสคาลสามารถขยายออกไปนอกจำนวนเต็มเป็นเนื่องจากเป็นเมโรเมอร์ฟิก กับ ระนาบเชิงซ้อนทั้งหมด[ 28 ]
ฐานที่กำหนดโดยพลการ
ไอแซค นิวตันเคยสังเกตว่าห้าแถวแรกของสามเหลี่ยมปาสคาล เมื่ออ่านเป็นตัวเลขจำนวนเต็ม จะได้กำลังของสิบเอ็ดที่สอดคล้องกัน เขาอ้างโดยไม่มีการพิสูจน์ว่าแถวถัดไปก็สร้างกำลังของสิบเอ็ดเช่นกัน[ 29 ]ในปี 1964 โรเบิร์ต แอล. มอร์ตัน ได้นำเสนอข้อโต้แย้งที่เป็นทั่วไปมากขึ้นว่าแต่ละแถว สามารถอ่านเป็นตัวเลขฐานโดยที่คือแถวสุดท้ายสมมุติ หรือลิมิตของสามเหลี่ยม และแถว คือผลคูณย่อยของมัน[ 30 ]เขาพิสูจน์ว่ารายการของแถวเมื่อตีความโดยตรงเป็นตัวเลขค่าประจำหลัก จะสอดคล้องกับการกระจายทวินามของมีการพัฒนาการพิสูจน์ที่เข้มงวดมากขึ้นตั้งแต่นั้นมา[ 31 ] [ 32 ]เพื่อให้เข้าใจหลักการเบื้องหลังการตีความนี้ได้ดีขึ้น นี่คือบางสิ่งที่ควรระลึกถึงเกี่ยวกับทวินาม:
- เลข ฐานในระบบเลขตำแหน่ง (เช่น) คือพหุนามเอกตัวแปรในตัวแปรโดยที่ดีกรีของตัวแปรในพจน์ที่(เริ่มต้นด้วย) คือตัวอย่างเช่น.
- แถวหนึ่งสอดคล้องกับการกระจายทวินามของตัวแปรสามารถถูกกำจัดออกจากการกระจายได้โดยการตั้งค่าการกระจายในตอนนี้เป็นแบบอย่างของรูปแบบที่ขยายของตัวเลขฐาน[ 33 ] [ 34 ] ดังที่แสดงไว้ข้างต้นดังนั้น เมื่อนำรายการของแถวมาต่อกันและอ่านในฐานจะได้ค่าตัวเลขที่เทียบเท่ากับถ้าสำหรับแล้วทฤษฎีบทนี้ใช้ได้กับโดยที่สอดคล้องกับและค่าคี่ของจะให้ผลคูณแถวที่เป็นลบ[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]
โดยการกำหนดฐานของแถว (ตัวแปร) ให้เท่ากับหนึ่งและสิบ แถวนั้นจะกลายเป็นผลคูณและตามลำดับ เพื่อให้เห็นภาพ ลองพิจารณาซึ่งให้ผลคูณของแถวการแสดงผลเชิงตัวเลขของเกิดจากการนำค่าในแถว มาต่อกันแถวที่สิบสองแสดงถึงผลคูณ:
ด้วยตัวเลขประกอบ (คั่นด้วย ":") ในฐานสิบสอง ตัวเลขตั้งแต่ ถึงเป็นตัวเลขประกอบเนื่องจากค่าในแถวเหล่านี้คำนวณได้ค่ามากกว่าหรือเท่ากับสิบสอง ในการทำให้ ตัวเลข เป็นมาตรฐาน[ 38 ]เพียงแค่นำหน้าของตัวเลขประกอบตัวแรกมาทด นั่นคือ ลบคำนำหน้าของสัมประสิทธิ์จากตัวเลขซ้ายสุดไปจนถึง แต่ไม่รวมตัวเลขขวาสุด และใช้เลขคณิตฐานสิบสองเพื่อบวกคำนำหน้าที่ลบออกกับค่าในแถวทางซ้ายทันที จากนั้นทำซ้ำกระบวนการนี้โดยดำเนินการไปทางซ้ายจนกว่าจะถึงค่าซ้ายสุด ในตัวอย่างนี้ สตริงที่เป็นมาตรฐานจะลงท้ายด้วยสำหรับทุกตัวเลขซ้ายสุดคือสำหรับซึ่งได้มาจากการทดค่าของที่ค่าดังนั้น ความยาวของค่าที่เป็นมาตรฐานของจึงเท่ากับความยาวของแถวส่วนจำนวนเต็มของมีตัวเลขเพียงตัวเดียวเนื่องจาก(จำนวนตำแหน่งทางซ้ายที่จุดทศนิยมเลื่อนไป) น้อยกว่าความยาวของแถวหนึ่ง ด้านล่างนี้คือค่าที่เป็นมาตรฐานของ ตัวเลขประกอบยังคงอยู่ในค่าเนื่องจากเป็นเศษเหลือ จากการคำนวิดฐาน ที่แสดงในฐานสิบ:
ดูเพิ่มเติม
- เครื่องชงเมล็ดกาแฟ "ควินคันซ์" ของฟรานซิส กัลตัน
- สามเหลี่ยมระฆัง
- สามเหลี่ยมเบอร์นูลลี
- การขยายทวินาม
- ออโตมาตาเซลลูลาร์
- สามเหลี่ยมออยเลอร์
- สามเหลี่ยมของฟลอยด์
- สัมประสิทธิ์ทวินามแบบเกาส์เซียน
- เอกลักษณ์ของไม้ฮอกกี้
- สามเหลี่ยมฮาร์มอนิกของไลบ์นิซ
- ความซ้ำซ้อนของรายการในสามเหลี่ยมปาสคาล (สมมติฐานของซิงมาสเตอร์)
- เมทริกซ์ปาสคาล
- พีระมิดของปาสคาล
- ซิมเพล็กซ์ของปาสคาล
- โปรตอน NMRหนึ่งในแอปพลิเคชันของสามเหลี่ยมปาสคาล
- ทฤษฎีดาวแห่งดาวิด
- การขยายไตรนาม
- สามเหลี่ยมพหุนาม
- พหุนามที่ใช้คำนวณผลรวมของกำลังของลำดับเลขคณิต
ลิงก์ภายนอก
- "สามเหลี่ยมปาสคาล" , สารานุกรมคณิตศาสตร์ , EMS Press , 2001 [1994]
- ไวส์สไตน์, เอริค ดับเบิลยู. "สามเหลี่ยมของปาสคาล" . แมธเวิลด์ .
- แผนภูมิวิธีเก่าของกำลังคูณเจ็ด(จากหนังสือ Ssu Yuan Yü Chien ของ Chu Shi-Chieh ปี 1303 แสดงแถวเก้าแถวแรกของสามเหลี่ยมปาสคาล)
- ตำราว่าด้วยสามเหลี่ยมเลขคณิตของปาสคาล(ภาพหน้าตำราของปาสคาล ปี ค.ศ. 1654; บทสรุป )
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ สามเหลี่ยมปาสคาล
ในทาง คณิตศาสตร์ สามเหลี่ยมปาสคาล เป็น อาร์เรย์สามเหลี่ยมอนันต์ ของ สัมประสิทธิ์ทวินาม ซึ่งมีบทบาทสำคัญในทฤษฎีความน่าจะเป็น คณิตศาสตร์เชิง การจัดเรียง และพีชคณิต ใน โลกตะวันตก...
สูตร
ในแถวที่ n ของสามเหลี่ยมปาสคาลรายการที่ n จะถูกแทน ด้วย k ซึ่งอ่านว่า " n เลือก k " เพราะมันอธิบายจำนวน วิธีเลือก : จำนวนวิธีในการเลือก สิ่งของ จากกลุ่ม สิ่งของ การ นับ แถวเริ่มต้นที่ 0 และรายการภายในแถวก็จะนับจาก 0 เช่นกัน ตัวอย่างเช่น รายการบนสุดคือk...
ประวัติศาสตร์
รูปแบบของตัวเลขที่ประกอบเป็นสามเหลี่ยมของปาสคาลเป็นที่รู้จักกันมานานก่อนสมัยของ ปาสคาล นักคณิตศาสตร์ชาวเปอร์เซีย อัล-คาราจี (953–1029) ได้เขียนหนังสือที่สูญหายไปแล้วเล่มหนึ่งซึ่งมีคำอธิบายแรกเกี่ยวกับสามเหลี่ยมของปาสคาล [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ในอินเดีย...
การกระจายทวินาม
สามเหลี่ยมปาสคาลใช้กำหนดสัมประสิทธิ์ที่ปรากฏใน การกระจายทวินาม ตัวอย่างเช่น ในการกระจาย สัมประสิทธิ์คือค่าในแถวที่สองของสามเหลี่ยมปาสคาล: , , .