Przeskocz do treści

Delta mi!

Mała Delta

Liczby geometryczne

Urszula Pastwa

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: grudzień 2013
  • Publikacja elektroniczna: 01-12-2013
  • Autor: Urszula Pastwa
    Afiliacja: doktorantka, Wydział Matematyki i Nauk Informacyjnych, Politechnika Warszawska
  • Wersja do druku [application/pdf]: (231 KB)

Od najmłodszych lat każdy z nas poznaje świat liczb, zliczając zabawki, jabłka czy książki. Nikogo nie dziwi zatem przedstawienie liczby 5 jako pięciu kulek. Tylko czy takie przedstawienie może pomóc w odkrywaniu świata komuś, kto ukończył już przedszkole? Okazuje się, że tak – wystarczy uważne spojrzenie i wyobraźnia, a może nam przynieść nieoczekiwane spostrzeżenia.

obrazek

Spróbujemy poukładać z kulek różne figury, a zaczniemy od trójkątów. Trójkąt o boku math powstaje poprzez ułożenie jednej kulki w wierzchołku, dwóch kulek poniżej, trzech kulek w kolejnym rzędzie i tak dalej, aż do podstawy złożonej z  math kulek (jak na rysunku dla math). W takim razie taki trójkąt jest złożony z  math kulek (liczbę math będziemy nazywać liczbą trójkątną). Jednocześnie, odrobinę przekładając kulki, można z dwóch takich trójkątów ułożyć prostokąt o wymiarach math A co to oznacza? Oczywiście:

display-math

czyli math

Zachęceni tym małym sukcesem spróbujmy pójść dalej i ułożyć z kulek sześciokąt: wkładamy jedną kulkę w środek, otaczamy ją sześcioma kulkami, te otaczamy dwunastoma kolejnymi i tak dalej.

obrazek

Do zbudowania sześciokąta o boku math zużywamy więc math kulek (taką liczbę będziemy nazywać liczbą sześciokątną). Czy można ją łatwo obliczyć? Oczywiście – przecież sześciokąt składa się z kulki w środku i sześciu trójkątów, o boku o jeden mniejszym niż bok sześciokąta. W takim razie

display-math

obrazek

Co będziemy budować dalej? Oczywiście można zabawiać się różnymi wielokątami, ale można również zacząć przygodę w trzecim wymiarze – zbudujemy piramidę o podstawie trójkąta.

obrazek

Do zbudowania math poziomów takiego czworościanu potrzebujemy math Czyli ile? math – co to za liczby? Czy można wyrazić je w inny sposób? Znów pomoże nam układanka, tym razem przestrzenna. Z trzech takich piramid możemy ułożyć graniastosłup o wysokości math i o podstawie trójkąta o boku math.

W takim razie otrzymujemy kolejną własność:

display-math

Spróbujmy jeszcze ułożyć piramidy z sześciokątów. Jedna kulka na szczycie, siedem kulek niżej, i tak dalej aż do podstawy z  math kulek. Zużyliśmy w ten sposób math  kulek: dla kolejnych math są to liczby math Chwileczkę! Czyżby to były sześciany liczb naturalnych? Na to wygląda, ale jak się o tym przekonać?

obrazek

Wystarczy odpowiednio „powyginać” dokładane sześciokąty:

display-math

kulek można ułożyć w trzy ściany sześcianu o boku math Potem już nietrudno złożyć z kolejnych takich kawałków sześcian:

obrazek

W ten sposób udało nam się pokazać kolejną zależność między naszymi liczbami:

display-math

Na zakończenie spróbujemy pójść jeszcze dalej – ułożyć piramidę z sześcianów (choć można traktować ją jako obiekt czterowymiarowy, my będziemy myśleć o niej jako o sześcianach ułożonych jeden na drugim). Ile zużyjemy kulek? Tym razem będzie to

display-math

I znów możemy przyjrzeć się uważnie tak otrzymanym liczbom:

display-math

Są to kwadraty math liczb trójkątnych! A dlaczego? Wystarczy każdy z sześcianów odpowiednio pociąć i ułożyć z otrzymanych kawałków pasek w kształcie litery L – kolejne takie paski złożą się w kwadrat o boku math:

obrazek

I tak otrzymaliśmy kolejny wzór

display-math

Czytelnik Wytrwały z pewnością odnajdzie jeszcze inne zależności między liczbami geometrycznymi (czyli takimi, które odpowiadają liczbie kulek w pewnych figurach i bryłach). Każda z nich pomaga zrozumieć pewną zależność, której dowodzenie standardowymi metodami może okazać się wcale niełatwe…