Dreieckszahlen

(triangular number)

Definition Eine Zahl kÎIN heißt Dreieckszahl, wenn sie durch ein regelmäßiges Dreieck von Punkten dargestellt werden kann. Die Dreieckszahlen sind also 1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45 ...



Graph Die Dreieckszahlen haben folgende Darstellung im Koordinatensystem:


Bemerkung Der oberen Grafik ist zu entnehmen, dass die Dreieckszahlen Tn allgemein folgendermaßen aussehen:


Also ist T3=1+2+3=6.

Satz 1

Beweis:

also folgt .

Satz 2

Beweis:
Der Binomialkoeffizient ist wie folgt definiert:
Also ist nach Satz 1.

Beispiel 1 T4=1+2+3+4=10 gibt die Anzahl der Bowlingkugeln im Spiel an und das entsprechende Dreieck gibt die Anordnung an.

Beispiel 2 T5=1+2+3+4+5=15 gibt die Anzahl der Billiardkugeln im Spiel an und das entsprechende Dreieck gibt die Anordnung an.

Satz 3 Für die Dreieckszahlen Tn gilt folgende Rekursionsformel:


Beweis:
















Beispiel 3

Satz 4 3Tn+Tn-1=T2n

Beweis:












Beispiel 4

Satz 5 3Tn+Tn+1=T2n+1

Beweis:














Beispiel 5

Satz 6

Beweis:










Die Quadratzahlen entsprechen aber der Summe der ungeraden Zahlen, denn es gilt
1+3+5+...+(2n-1)=s
(2n-1)+...+5+3+1=s
------------------------
n(2n-1+1)=2s
2nē=2s
nē=s

Beispiel 6

Satz 7 8Tn+1=(2n+1)2
Dieser Satz besagt, dass 8 gleich große Dreieckszahlen plus der Zahl 1 immer einer Quadratzahl entspricht, wie die folgenden Bilder zeigen:
 

Beweis:








Beispiel 7 T3=6
8T3+1=48+1=49=72=(2*3+1)2

Satz 8 Die Summe zweier aufeinanderfolgender Dreieckszahlen ist eine Quadratzahl:
Tn+Tn-1=n2

Beweis:










Beispiel 8 In folgender Grafik wird dieser Satz für T3+T4 veranschaulicht.


T3+T4 =6+10=16=42

Satz 9

oder ohne Summenzeichen


Beweis:
Vollständige Induktion
Induktionsverankerung
n=1


Induktionsschluss
Voraussetzung:

Schluss:(zu zeigen)








Beispiel 9

1-3+6-10+15=9

Satz 10

Beweis:
Da bleibt zu zeigen, dass

Vollständige Induktion über n
Induktionsverankerung n=1
und 1=1
Induktionsschluss
Voraussetzung:

Schluss: (zu zeigen)








Beispiel 10

Satz 11 1+9Tn=T3n+1

Beweis:




Beispiel 11 1+9T3=1+9*6=55=T10=T3*3+1

Folgerung Da 1+9Tn=T3n+1, erzeugt folgende Formel weitere Dreieckszahlen:
9(9(9...9(9Tn+1)+1)+1)+...+1)+1

Beispiel 12 9(9(9T3+1)+1)+1=9(9(9*6+1)+1)+1=9(9*55+1)+1=9*496+1=4456 ist eine Dreieckszahl

Satz 12 1, 3, 21 und 55 sind die einzigen Zahlen die zugleich Dreieckszahlen und Fibonacci-Zahlen sind.