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杨辉三角Part.1
一道智力测验题,请先观看视频
视频文字说明:
问题:
经过数年的实验, 你终于创造出了未来宠物—— 纳米兔子!它们很小且毛茸茸的....... 它们繁殖的速度快到肉眼看不见。
在你的实验室里,有36间"孵化小屋", 以倒金字塔形式排列。最上面一层有8间。第1间有一只兔子, 第2间有2只兔子,以此类推, 最后一间有8只兔子。其它层的"小屋"都是空的—— 目前是空的。这些兔子雌雄同笼, 在每一间中的每一只兔子都会 与横向隔壁间的兔子交配一次, 每次都生出一只新兔子。新生出来的兔子会直接落到 父母住处正下方的那件“小屋”, 在几分钟之内就会长大, 可以换它们开始交配。每一间“小屋”可以容纳 10^80只纳米兔子—— 也就是是1后面加80个0—— 超过这个数字的话,他们就会 逃出“小屋”,占领世界。你通过计算,得出在最低下的“小屋”中 兔子的个数只有46位数—— 空间绰绰有余
但当你拉动操作杆要开始实验时,你的助理带着坏消息跑来。你竞争对手的实验室 破坏了你的程序代码, 所以你最后算出的结果 其实最后面的0都被切掉了。那就表示你其实不知道 最下面的“小屋”是否能 容纳所有的兔子—— 但繁殖已经开始了!更糟糕的是,你的设备和计算器都出故障了, 你只有几分钟的时间手动计算。最底层小屋中 兔子的数量应该含有多少个0?你需要去拉动紧急关闭的控制杆吗?
答案:
我们没有足够的时间算出 最后一间小屋中的兔子数目。好消息是,我们并不需要算出它。我们只需要算出 后面有多少个0。
但我们怎么能在不计算出 这个数目的情况下 知道后面有几个0呢?我们只知道,底层小屋的兔子数目 是经过相乘运算得到的—— 字面意义。每间小屋的兔子数目 是上面两间小屋中的兔子数目相乘。只有两种方法 可以透过乘法得到 后面有0的数字:把尾数是5的数字 和任何偶数相乘。或是将本身尾数就是0的数字相乘。
让我们来算一下 第二层的兔子数目, 看看会发现什么规律。有两个数字的尾数有0—— 第4间有20只兔子, 第5间有30只。没有尾数是5的数字出现。因为若要透过乘法 得到尾数是5的数字, 一定要用尾数是5的数字来乘, 因此可确定下面也不会 出现尾数是5的数字。那就表示: 我们只需担心 本身末尾是0的数字。有个小妙招可以知道 乘积的尾数有几个0, 那就是算出每个因数尾数的 0有几个,再将再们相加—— 比如,10 × 100 = 1000。
所以,我们从第二排第4、第5间的数目 着手开始向下相乘。20和30尾数都有1个0, 所有这两间相乘尾数会有2个0, 这两间小屋和其隔壁 数目尾数非0小屋相乘 得到的乘积尾数只有1个0。我们继续向下计算, 会算出在最底层小屋中的 兔子数目尾数有35个0。如果你不太担心纳米兔 可能带来的灾难, 你可能会注意到用这种方式计算0 会形成杨辉三角形。
将那35个0加在我们之前 算出的46位数字后面 得到一个81位数数字—— 超出小屋的容量!你跑过去,拉下紧急开关, 此时第7代兔子刚要长大—— 差一点点就要发生大灾难...
Part.2
杨辉三角形,又称贾宪三角形,帕斯卡三角形,是二项式系数在三角形中的一种几何排列。
在我国南宋数学家杨辉所著的《详解九章算术》(1261年)一书中用如图的三角形解释二项和的乘方规律。
Part.3
稍加总结:
1. 若两个数乘积的个位为0,则两个数可能是个位是5与偶数的乘积或个位为0的数相乘。
2. 通过观察第二行的数字,只有20×30得个位为0。
3. 如果将0的个数写在表格中,得到:
46+35=81,即81位数。即超过了最大容量。
Part.4
杨辉三角用于二项式的展开:
二项式定理与杨辉三角形是一对天然的数形趣遇,它把数形结合带进了计算数学。求二项式展开式系数的问题,实际上是一种组合数的计算问题。用系数通项公式来计算,称为“式算”;用杨辉三角形来计算,称作“图算”。
Part.5
数字在杨辉三角中出现的次数
除了1之外,所有正整数都出现有限次,只有2出现刚好一次,6,20,70等出现三次;出现两次和四次的数很多,还未能找到出现刚好五次的数。120,210,1540等出现刚好六次。
因为丢番图方程:
有无穷个解,所以出现至少六次的数有无穷个多。
3003是第一个出现八次的数。
若将每行数字相加,得到2的幂……
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