杨辉,字谦光,汉族,钱塘(今杭州)人,南宋杰出的数学家和数学教育家,生平履历不详.由现存文献可推知,杨辉担任过南宋地方行政官员,为政清廉,足迹遍及苏杭一带,他署名的数学书共五种二十一卷.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.
杨辉三角,是二项式系数在三角形中的一种几何排列。在欧洲,这个表叫做帕斯卡三角形。帕斯卡(1623----1662)是在1654年发现这一规律的,比杨辉要迟393年,比贾宪迟600年。杨辉三角是中国古代数学的杰出研究成果之一,它把二项式系数图形化,把组合数内在的一些代数性质直观地从图形中体现出来,是一种离散型的数与形的优美结合.
仔细观察杨辉三角的图形,你能发现组成它的数有什么排列规律吗?
它的前几层是这样的:杨辉三角的两条斜边都是由数字1组成的,而其余的数则是等于它肩上的两个数之和,以此类推。动态数字展示如下:
杨辉三角多彩的性质展示如下:
杨辉三角是我国古代数学的瑰宝,它不仅像上面呈现了二项式定理中有关二项式系数的性质与规律,而且其本身还包含着许多有趣的规律、结论与性质.正因为如此,以杨辉三角为背景的试题在近年的各地中高考或模拟卷中时有出现,下面就让我们来看看其中一些常见的问题.
例1.如图是与杨辉三角有类似性质的﹣三角形数垒,a、b、c、d是相邻两行的前四个数(如图所示),那么当a=8时,c=____ ,d=______.
【解析】观察发现:第n行的第一个数和行数相等,第二个数是1 1 2 … n﹣1=n(n-1)/2 1.所以当a=8时,则c=9,d=9×4 1=37.
例2.如图为与杨辉三角结构相似的"巴斯卡"三角,这个三角的构造方法是:除第一行为1外,其余各行中的每一个数,都等于它右肩上的数乘以右肩所在的行数,再加上左肩而得.例如第5行第3个数是35,它的右肩为6,左肩为11,右肩所在的行数为4,所以35=6×4 11.这个三角中的数与下面这个展开式中的系数有关:
则在"巴斯卡"三角中,第8行从左到右的第2个数到第7个数之和为( )
A.322559B.35279C.5880D.322560
【解答】由已知中"巴斯卡"三角的前5行可得:第n行的第一个数为(n﹣1)!,故第8行的第一个数为:7!,第9行的第一个数为:8!,又由:第一行的累加积等于第二行的第一个数;第二行的累加积等于第三行的第一个数;第三行的累加积等于第四行的第一个数;第四行的累加积等于第五行的第一个数;…,故第8行的所有数的和为:第9行的第一个数8!,设第8行从左到右的第2个数到第7个数之和为S,则S 7! 1=8!,故S=8!﹣7!﹣1=35279故选:B.
本题结合杨辉三角数表中的数值的排列规律,在"新问题""新背景"下,再次寻找"新规律" "新思路",以此,在学习与再探究过程中,培养学生体验数学方法,实现对"新问题""新思路"的探究.
很多读者迷迷糊糊,疑惑杨辉三角存在的现实意义是什么呢?简单地说杨辉三角如纵横路线图问题:
又如弹球游戏多问题:观察下图,小球落在AG两区域的概率要比其他区域小得多,当然得到的游戏奖品就更多一些。从该图中不难发现,各区域的概率与杨辉三角形有密切联系,我们可以直接利用杨辉三角的性质得出小球落到每个区域的概率。
简单化处理,我们求解这样问题:如图所示是在竖直平面内的一个"通道游戏".图中竖直线段和斜线段都表示通道,并且在交点处相遇,若竖直线段有一条的为第一层,有二条的为第二层,依此类推,现有一颗小弹子从第一层的通道里向下运动.并且小弹子落入每一条通道的可能性相同,则该小弹子从第三层通道的出口B脱出的概率为 ______.
【解答】第2层的2个出口都有可能从B通过,∴小弹子从第三层通道的出口B脱出的概率为2/(1 2 1)=1/2,
"堆垛术"也与杨辉三角有关系。将许多球堆成三角垛:底层是每边 个球的三角形,向上逐层每边少一个球,顶层是一个球,求总数。
底边球的个数 1 2 3 4 5 …;三角垛中球的总数 1 4 10 20 35 …;这时自然发现了三角垛中球的总数正好是杨辉三角中第4个斜向数组!
杨辉三角就像一座数学宝库,其间应有尽有!古老的杨辉三角的某些优美的性质在现代生活中得到了充分的体现,令人不由为灿烂的古代文明新生自豪之情。杨辉三角,不只是一片云彩,它是熠熠生辉的中国古代数学瑰宝!