Квадратное пирамидальное число
В математике пирамида́льное число́ или квадра́тное пирамида́льное число́ — фигурное число, представляющее собой количество сложенных сфер в пирамиде с квадратным основанием. Квадратные пирамидальные числа также выражают количество квадратов со сторонами, параллельными осям координат, в сетке N × N.
Квадратные пирамидальные числа образуют последовательность[1]:
- 1, 5, 14, 30, 55, 91, 140, 204, 285, 385, 506, 650, 819, 1015, 1240, 1496, 1785, 2109, 2470, 2870, …
Формула
Квадратные пирамидальные числа могут быть вычислены по формуле:
Это частный случай формулы Фаулхабера[англ.], который может быть доказан методом прямой математической индукции. Эквивалентная формула приводится в «Книге абака» (лат. Liber abaci) Фибоначчи.
В современной математике, формализация фигурных чисел происходит с помощью многочленов Эрхарта[англ.]*. Многочлен Эрхарта L(P,t) многогранника P — многочлен, который подсчитывает количество целых точек в копии многогранника P, который увеличивается путём умножения всех его координат на число t. Многочлен Эрхарта пирамиды, основанием которой является квадрат со стороной 1 с целыми координатами, и вершина которой находится на высоте 1 над основанием, вычисляется по формуле[2]:
- (t + 1)(t + 2)(2t + 3)/6 = Pt + 1.
Производящая функция
Производящая функция для квадратных пирамидальных чисел имеет вид:
Связь с другими фигурными числами
Квадратные пирамидальные числа могут быть также выражены в виде суммы биноминальных коэффицентов:
Биномиальные коэффициенты, возникающие в этом представленном выражении, — это тетраэдрические числа. Эта формула выражает квадратные пирамидальные числа в виде суммы двух чисел, так же как любое квадратное число является суммой двух последовательных треугольных чисел. В этой сумме, одно из двух тетраэдрических чисел считает количество шаров в сложенной пирамиде, которые расположены выше или по одну сторону от диагонали квадратного основания пирамиды; а второе — расположенных по другую сторону диагонали. Квадратные пирамидальные числа также связаны с тетраэдрическими следующим образом:
Сумма двух последовательных квадратных пирамидальных чисел является октаэдрическим числом[англ.]*.
Примечания
- ↑ Последовательность A000330 в OEIS = Square pyramidal numbers: a(n) = 0^2 + 1^2 + 2^2 + ... + n^2 = n*(n+1)*(2*n+1)/6
- ↑ Beck, M.; De Loera, J. A.; Develin, M.; Pfeifle, J.; Stanley, R. P. (2005), "Coefficients and roots of Ehrhart polynomials", Integer points in polyhedra—geometry, number theory, algebra, optimization, Contemp. Math., vol. 374, Providence, RI: Amer. Math. Soc., pp. 15—36, MR 2134759
Ссылки
- Weisstein, Eric W. Square Pyramidal Number (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.
- Abramowitz, M.; Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions. — National Bureau of Standards, Applied Math. Series 55, 1964. — P. 813. — ISBN 0486612724.
Это заготовка статьи по математике. Помогите Википедии, дополнив её. |