عدد مثلثي تربيعي

العدد المثلثي التربيعي (أو العدد التربيعي المثلثي) Square triangular number هو عدد عدد مثلثي ومربع كامل. هنالك أعداد لانهائية مثلثية تربيعية، الأولى منها هي 0, 1, 36, 1225, 41616, 1413721, 48024900, 1631432881, 55420693056, 1882672131025 (متسلسلة A001110 في OEIS).

الصيغ الصريحة

بكتابة N_k للعدد المثلثي التربيعي kوبكتابة s_k وt_k لأطراف التربيع والتكعيب المقابلة بالصورة

N_{k} = s_{k}^{2} = \frac{t_{k} (t_{k} + 1)}{2} .

عرف الجذر المثلثي للعدد المثلثي $N = \frac{n (n + 1)}{2}$ على أنه $n$ . من التعريف ومن الصيغة التربيعية $n = \frac{\sqrt{8 N + 1} - 1}{2} .$ لذلك، $N$ يكون مثلثي إذا وإذا كان فقط $8 N + 1$ تربيعيا. بناء عليه، $M^{2}$ يكون تربيعيا ومثلثيا إذا وإذا كان فقط $8 M^{2} + 1$ تربيعيا، بعبارة أخرى، توجد أعداد $x$ و $y$ بحيث $x^{2} - 8 y^{2} = 1$ . هذه صورة من معادلة بيل مع $n = 8$ . جميع معادلات بيل لها حلول بديهية لأي قيمة n، يدعى هذا الحل بالصفري ويفهرس $(x_{0}, y_{0})$ . إذا كان $(x_{k}, y_{k})$ يرمز إلى الحل اللابديهي k لأي معادلة بيل لقيمة محدد n، فيمكن تبيان أن $x_{k + 1} = 2 x_{k} x_{1} - x_{k - 1}$ و $y_{k + 1} = 2 y_{k} x_{1} - y_{k - 1}$ . بالتالي هناك لانهاية من الحلول لأي معادلة بيل بحيث لها حل لابديهي محقق كلما كانت n غير مربعة. الحل اللابديهي الأول عندما n=8 سهل الإيجاد: إنه (3,1). الحل $(x_{k}, y_{k})$ لمعادلة بيل عندما n=8 ينتج عدد مثلثي تربيعي وجذورة التربيعية والمثلثية: $s_{k} = y_{k}, t_{k} = \frac{x_{k} - 1}{2},$ و $N_{k} = y_{k}^{2} .$ بالتالي، العدد المثلثي التربيعية الأول، مشتق من (3,1), is 1، والثاني مشتق من (17,6) (=6×(3,1)-(1,0)), هو 36.

في 1778 استطاع ليونارد أويلر إيجاد الصيغة الصريحة ^[1]^[2]^:12–13

N_{k} = {(\frac{(3 + 2 \sqrt{2})^{k} - (3 - 2 \sqrt{2})^{k}}{4 \sqrt{2}})}^{2} .

من الصيغ الأخرى المكافئة (نحصل عليها من نشر هذه الصيغة) التي قد تكون مناسبة

\begin{array}{r} N_{k} & = \frac{1}{32} {((1 + \sqrt{2})^{2 k} - (1 - \sqrt{2})^{2 k})}^{2} = \frac{1}{32} ((1 + \sqrt{2})^{4 k} - 2 + (1 - \sqrt{2})^{4 k}) \\ = \frac{1}{32} ((17 + 12 \sqrt{2})^{k} - 2 + (17 - 12 \sqrt{2})^{k}) . \end{array}

الصيغ الصريحة المقابلة لـ s_k وt_k هي ^[2]^:13

s_{k} = \frac{(3 + 2 \sqrt{2})^{k} - (3 - 2 \sqrt{2})^{k}}{4 \sqrt{2}}

و

t_{k} = \frac{(3 + 2 \sqrt{2})^{k} + (3 - 2 \sqrt{2})^{k} - 2}{4} .

معادلة بيل

تنخفض مسألة الأعداد التربيعية المثلثية إلى معادلة بيل بالطريقة التالية.^[3] كل عدد مثلثي هو بالصورة t(t + 1)/2. لذلك نبحث عن أعداد صحيحة t، s بحيث

\frac{t (t + 1)}{2} = s^{2} .

بتحليل جبري بسيط تصبح

(2 t + 1)^{2} = 8 s^{2} + 1,

ثم بجعل x = 2t + 1 وy = 2s، نحصل على معادلة ديفونتية

x^{2} - 2 y^{2} = 1

وهي صورة من معادلة بيل. هذه المعادلة بالذات تحل عن طريق عدد بيلs P_k بصورة ^[4]

x = P_{2 k} + P_{2 k - 1}, y = P_{2 k};

ولذلك فإن جميع الحلول تعطى بالعلاقة

s_{k} = \frac{P_{2 k}}{2}, t_{k} = \frac{P_{2 k} + P_{2 k - 1} - 1}{2}, N_{k} = {(\frac{P_{2 k}}{2})}^{2} .

هناك العديد من المتطابقات حول عدد بيل، وهذه تترجم إلى متطابقات حول العدد التربيعي المثلثي.

علاقات المعاودة أو التكرار

هناك صيغ تكرارية للأعداد التربيعية المثلثية، وكذلك للمربعات والمثلثيات ذات العلاقة. لدينا^[5]^:(12)

N_{k} = 34 N_{k - 1} - N_{k - 2} + 2, with N_{0} = 0 and N_{1} = 1 .

N_{k} = {(6 \sqrt{N_{k - 1}} - \sqrt{N_{k - 2}})}^{2}, with N_{0} = 0 and N_{1} = 1 .

لدينا^[1]^[2]^:13

s_{k} = 6 s_{k - 1} - s_{k - 2}, with s_{0} = 0 and s_{1} = 1;

t_{k} = 6 t_{k - 1} - t_{k - 2} + 2, with t_{0} = 0 and t_{1} = 1 .

بيانات عددية

مع كبر قيمة $k$ ، تصبح النسبة $t_{k} / s_{k}$ قريبة من $\sqrt{2} \approx 1.41421356$ ونسبة الأعداد التربيعية المثلية تقترب من $(1 + \sqrt{2})^{4} = 17 + 12 \sqrt{2} \approx 33.970562748$ . الجدول التالي يعطي قيما من $k$ between 0 and 11، والتي توضح كل الأعداد التربيعية المثلثية حتى $100 000 000$ .

$k$	$N_{k}$	$s_{k}$	$t_{k}$	$t_{k} / s_{k}$	$N_{k} / N_{k - 1}$
$0$	$0$	$0$	$0$
$1$	$1$	$1$	$1$	$1.00000000$
$2$	$36$	$6$	$8$	$1.33333333$	$36.000000000$
$3$	$1 225$	$35$	$49$	$1.40000000$	$34.027777778$
$4$	$41 616$	$204$	$288$	$1.41176471$	$33.972244898$
$5$	$1 413 721$	$1 189$	$1 681$	$1.41379310$	$33.970612265$
$6$	$48 024 900$	$6 930$	$9 800$	$1.41414141$	$33.970564206$
$7$	$1 631 432 881$	$40 391$	$57 121$	$1.41420118$	$33.970562791$
$8$	$55 420 693 056$	$235 416$	$332 928$	$1.41421144$	$33.970562750$
$9$	$1 882 672 131 025$	$1 372 105$	$1 940 449$	$1.41421320$	$33.970562749$
$10$	$63 955 431 761 796$	$7 997 214$	$11 309 768$	$1.41421350$	$33.970562748$
$11$	$2 172 602 007 770 041$	$46 611 179$	$65 918 161$	$1.41421355$	$33.970562748$

طالع أيضا

عدد مثلثي مربع

وصلات خارجية

حل مايكل دميت

المصادر

^ ^أ ^ب Dickson، Leonard Eugene (1999) [1920]. History of the Theory of Numbers. Providence: American Mathematical Society. ج. 2. ص. 16. ISBN:978-0-8218-1935-7.
^ ^أ ^ب ^ت Euler, Leonhard (1813). "Regula facilis problemata Diophantea per numeros integros expedite resolvendi (An easy rule for Diophantine problems which are to be resolved quickly by integral numbers)". Memoires de l'academie des sciences de St.-Petersbourg (باللاتينية). 4: 3–17. Archived from the original on 2013-10-22. Retrieved 2009-05-11. According to the records, it was presented to the St. Petersburg Academy on May 4, 1778.
^ Barbeau، Edward (2003). Pell's Equation. Problem Books in Mathematics. New York: Springer. ص. 16–17. ISBN:978-0-387-95529-2. مؤرشف من الأصل في 2017-04-07. اطلع عليه بتاريخ 2009-05-10.
^ Hardy، G. H.؛ Wright، E. M. (1979). An Introduction to the Theory of Numbers (ط. 5th). Oxford University Press. ص. 210. ISBN:0-19-853171-0. مؤرشف من الأصل في 2019-12-15. Theorem 244
^ إيريك ويستاين، Square Triangular Number، ماثوورلد Mathworld (باللغة الإنكليزية).

في كومنز صور وملفات عن: عدد مثلثي تربيعي

[Dickson-1] أ ^ب Dickson، Leonard Eugene (1999) [1920]. History of the Theory of Numbers. Providence: American Mathematical Society. ج. 2. ص. 16. ISBN:978-0-8218-1935-7.

[Euler-2] أ ^ب ^ت Euler, Leonhard (1813). "Regula facilis problemata Diophantea per numeros integros expedite resolvendi (An easy rule for Diophantine problems which are to be resolved quickly by integral numbers)". Memoires de l'academie des sciences de St.-Petersbourg (باللاتينية). 4: 3–17. Archived from the original on 2013-10-22. Retrieved 2009-05-11. According to the records, it was presented to the St. Petersburg Academy on May 4, 1778.

[3] Barbeau، Edward (2003). Pell's Equation. Problem Books in Mathematics. New York: Springer. ص. 16–17. ISBN:978-0-387-95529-2. مؤرشف من الأصل في 2017-04-07. اطلع عليه بتاريخ 2009-05-10.

[4] Hardy، G. H.؛ Wright، E. M. (1979). An Introduction to the Theory of Numbers (ط. 5th). Oxford University Press. ص. 210. ISBN:0-19-853171-0. مؤرشف من الأصل في 2019-12-15. Theorem 244

[5] إيريك ويستاين، Square Triangular Number، ماثوورلد Mathworld (باللغة الإنكليزية).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]