Binomski izrek in Pascalov trikotnik (Derive)

Binomski izrek in Pascalov trikotnik (Derive)

Avtor: Aktivna matematika

Težavnost:

Učni cilji: Učni list na temo binomskega izreka in Pascalovega trikotnika, opremljen z zanimivimi primeri.

Uvod

Binomski izrek kot zanimivost obravnavamo že v prvem ali drugem letniku pri obravnavi potenc. Utrjujemo ga pri računanju s koreni (potenca binoma, katerega člena sta iracionalni števili), podobno pri kompleksnih številih. Tako v četrtem letniku že znani izrek hitreje ponovimo in bolj poglobljeno obravnavamo.

Reševanja prvega dela se lotimo z uporabo programa Derive. Za raziskovanje lastnosti Pascalovega trikotnika potrebujemo žepni računalnik.

Kvadrat in kub dvočlenika znamo izračunati. Z računalnikom izračunajmo še višje potence dvočlenika.

Binomski izrek

Oglejmo si, kako si s programom Derive pomagamo pri računanju kuba dvočlenika.

Vnesemo izraz  (a + b)^3  . Do strešice (znaka za potenciranje) pridemo, če sočasno pritisnemo na tipki  AltGr  in  3  , nato pa preslednico ali pa da klikneš na peti gumb v zgornji vrsti desne orodjarne, ki je na dnu zaslona.

  • Potrdimo vnos s pritiskom na  Enter  .
  • Izberemo ukaz  Simplify/Expand  in kliknemo na gumb  Expand  .

Izpiše se razširjen izraz kuba dvočlenika.

(Derive1.png)

Naloge

S pomočjo programa Derive razširi naslednje izraze.

=

=

=

=



Preveri

Odlično! Nalogo si rešil pravilno.

REŠITEV

=
=
=
=

Napačno

Vsaj en odgovor ni pravilen. Poskusi še enkrat.

Pascalov trikotnik

Poglejmo, kako bi koeficiente, ki nastopajo pri razvoju potence binoma, kar se da hitro izračunali.

EKSPONENTIZRAČUNANA POTENCA BINOMAKOEFICIENTI

Pascalov trikotnik

Izpolni spodnjo tabelo. Potence računaj s programom Derive in v tabelo vpisuj le koeficiente, tako da bo nastal trikotnik. Bi znal brez pomoči programa Derive izpolniti zadnjo vrstico? Poskušaj najti pravilo, po katerem se tvori trikotnik. Namig

EKSPONENTKOEFICIENTI


Preveri

Odlično! Nalogo si rešil pravilno.

Opazuj, kako iz predhodne vrstice dobimo naslednjo.

REŠITEV

EKSPONENTKOEFICIENTI
1
11
121
1331
14641
15101051
1615201561
172135352171
18285670562881
1 936841261268436 91
1104512021025221012045101

Napačno

Vsaj en odgovor ni pravilen. Poskusi še enkrat.

Pravilo

Če seštejemo in . element v vrstici, dobimo . element v naslednji vrstici.



Shema števil, ki smo jih zapisali v trikotno obliko, se imenuje Pascalov trikotnik, števila pa so binomski koeficienti. Zgodovinarji domnevajo, da so to shemo poznali že v stari kitajski in indijski civilizaciji. Prvi, ki jo je obravnaval in našel mnoge njene lastnosti, je bil francoski matematik 17. stoletja Blaise Pascal.

Sedaj si bomo ogledali nekaj lastnosti tega trikotnika.

Lastnosti Pascalovega trikotnika

Reši spodnji nalogi. V pomoč imaš prvih 10 vrstic Pascalovega trikotnika.

1)Predstavljaj si navpično premico, ki razpolavlja Pascalov trikotnik. Primerjaj obe polovički.
Ugotoviš, da je trikotnik glede na dano premico.
2)Izračunaj vsoto binomskih koeficientov v posamezni vrstici:
EKSPONENTVSOTA BINOMSKIH KOEFICIENTOV
Vidiš lahko, da je vsota binomskih koeficientov v razvoju potence dvočlenika , pri čemer je naravno število,


Preveri

Odlično! Nalogo si rešil pravilno.

REŠITEV

1)Trikotnik je simetričen glede na dano premico.
2)
EKSPONENTVSOTA BINOMSKIH KOEFICIENTOV
1
2
4
8
16
32
512
1024
Vsota binomskih koeficientov v razvoju potence dvočlenika , pri čemer je naravno število, je

Napačno

Vsaj en odgovor ni pravilen. Poskusi še enkrat.

EKSPONENTKOEFICIENTI
1
11
121
1331
14641
15101051
1615201561
172135352171
18285670562881
1 936841261268436 91
1104512021025221012045101

Lastnosti Pascalovega trikotnika

Katero število je v 2000. vrstici Pascalovega trikotnika na drugem mestu od desne?


Koliko števil je v 2000. vrstici?


Kolikokrat se pojavi število 1 v prvih 2000 vrsticah?



Preveri

Odlično! Nalogo si rešil pravilno.

REŠITEV

V 2000. vrstici Pascalovega trikotnika na drugem mestu od desne je število 1999.

V 2000. vrstici je 2000 števil.

Število 1 se v prvih 2000 vrsticah pojavi 3999.

Vsaj en odgovor ni pravilen. Poskusi še enkrat.

Vsota prvih števil

S Pascalovim trikotnikom si lahko pomagamo tudi pri računanju vsote prvih zaporednih naravnih števil, pri čemer je dano število.

ŠTEVILO ČLENOVVSOTA



Dobljene rezultate primerjaj s števili, ki nastopajo v Pascalovem trikotniku. Kje najdeš vsoto prvih števil?

Vsote prvih števil so zapisane v poševnem stolpcu Pascalovega trikotnika. Prvo število v tem stolpcu je vsota , drugo število je vsota , tretje vsota , itn.

Do te lastnosti v Pascalovem trikotniku prideš, če z eno krivuljo obkrožiš na primer števila 1, 2, 3, 4, 5 (nahajajo se v drugem poševnem stolpcu) in njihovo vsoto (v tretjem poševnem stolpcu), kot kaže primer. Znaš na enak način priti do vsote prvih 9 naravnih števil?

Odgovor: Vsota prvih 9 naravnih števil je

Preveri

Odlično! Nalogo si rešil pravilno.

REŠITEV

ŠTEVILO ČLENOVVSOTA



Vsote prvih števil so zapisane v tretjem poševnem stolpcu Pascalovega trikotnika. Prvo število v tem stolpcu je vsota prvega naravnega števila, drugo število je vsota prvih dveh naravnih števil, tretje vsota prvih treh naravnih števil, itn.

Vsota prvih 9 naravnih števil je 45.

Vsaj en odgovor ni pravilen. Poskusi še enkrat.

(Pascalov_trikotnik.PNG)

Trikotniška števila

Poigrajmo se s frnikulami (ali pa z enako velikimi kovanci, če frnikule uhajajo). Sestavljajmo z njimi trikotnike, kot kaže slika.

(frnikule.png)


Koliko frnikul potrebujemo za posamezni trikotnik?

TRIKOTNIKŠTEVILOFRNIKUL
Števila, ki si jih dobil v desnem stolpcu, se imenujejo trikotniška števila in jih tudi najdemo v Pascalovem trikotniku. Ime jim je dal Pitagora (580 - 500 p.n.š.). Upoštevaj ugotovitve iz prejšnje točke in dopolni naslednji stavek. Trikotniško število je

Ko izračunamo vsoto katerihkoli dveh sosednjih trikotniških števil, opazimo, da je njuna vsota enaka .

Od mnogih lastnosti trikotniških števil omenimo le še eno, ki jo je odkril Fermat (1601 - 1665) in dokazal Gauss.


Vsako naravno število se da zapisati kot vsota enega, dveh ali največ treh trikotniških števil.



Preveri

Odlično! Nalogo si rešil pravilno.

REŠITEV

TRIKOTNIKŠTEVILOFRNIKUL



Trikotniško število je vsota prvih n zaporednih naravnih števil.

Vsaj en odgovor ni pravilen. Poskusi še enkrat.

Tetraedrska števila

Trikotnike, ki smo jih sestavili, lahko polagamo drug na drugega in sestavljamo tetraedre. Zopet bomo preštevali frnikule v posameznem tetraedru. S označimo tetraeder sestavljen iz prvih trikotnikov.

TETRAEDERŠTEVILOFRNIKUL


Zgodba se zopet ponovi. Števila, ki si jih zapisal v desnem stolpcu, so, kot si že pričakoval, tudi v Pascalovem trikotniku. Imenujejo se tetraedrska števila. Dobili smo jih s seštevanjem trikotniških števil. Vsota zaporednih trikotniških števil je enaka tetraedrskemu številu. Tako kot v prejšnji nalogi, tudi tu obkrožiš z eno krivuljo nekaj prvih zaporednih trikotniških števil in njihovo vsoto.

Namesto s frnikulami sestavi tetraeder s kozarci. Za vajo bodo dobri plastični, da ne bo preveč črepinj. Premera zgornje in spodnje ploskve naj bosta čimbolj enaka. Če boš v zgornji kozarec natakal tekočino, se bo ta lepo prelivala v vse ostale.

a)Koliko plasti kozarcev bo v tetraedru, če pričakujete na zabavi 120 gostov?
b)Koliko kozarcev bo v spodnjem trikotniku?


Preveri

Odlično! Nalogo si rešil pravilno.

REŠITEV



TETRAEDERŠTEVILOFRNIKUL



a)V tetraedru bo 8 plasti.
b)V spodnjem trikotniku bo 36 kozarcev.

Vsaj en odgovor ni pravilen. Poskusi še enkrat.

Še nekaj lastnosti Pascalovega trikotnika

Poglejmo še nekaj lastnosti Pascalovega trikotnika. V Pascalovem trikotniku si izberi poljubno število. Obkroži ga s šestkotnikom, ki ima oglišča v sosednjih številih. Izberimo na primer število . Oglišča šestkotnika naj bodo v , , , , , , . Izračunaj produkt števil v ogliščih šestkotnika. Naredi to za nekaj števil. V pomoč imaš prvih 10 vrstic Pascalovega trikotnika.

IZBRANO ŠTEVILOPRODUKT



Kakšno lastnost produktov opaziš?

Produkt števil, ki so v ogliščih šestkotnika je kvadrat.
Preveri

Odlično! Nalogo si rešil pravilno.

Odgovor ni pravilen. Poskusi še enkrat.

Rešitev

Produkt števil, ki so v ogliščih šestkotnika je popoln kvadrat.

EKSPONENTKOEFICIENTI
1
11
121
1331
14641
15101051
1615201561
172135352171
18285670562881
1 936841261268436 91
1104512021025221012045101

Še nekaj lastnosti Pascalovega trikotnika

Nariši enakostranični trikotnik. Vsako od stranic razdelite na delov. Povežite vse delilne točke med sabo. V nastale trikotnike vpišite števila Pascalovega trikotnika. Dobljeno sliko boste pobarvali. Pobarvajte vse trikotnike, v katerih so števila, ki so deljiva z . Dobili boste prav lep vzorček, ki ga bomo imenovali fraktal. Ta bo odskočna deska za mnoga razglabljanja, s katerimi se bomo kasneje ukvarjali. Ali dobimo tak vzorček le z barvanjem sodih števil? Narišite nov trikotnik in pobarvajte števila deljiva s , s ali s . Tisti z nekaj programerske žilice boste morda sestavili program, ki bo tak vzorec narisal.

0%
0%