Fizik-Kimya-Matematik
Dr. Mahir E. Ocak
07/11/2017 - 09:19

Binom Açılımı ve Pascal Üçgeni

Matematiksel işlemlerde çok sık karşılaşılan ifadelerden biri (x+y)n.

Matematiksel işlemlerde çok sık karşılaşılan ifadelerden biri (x+y)n. Genellikle bu ifadedeki x ve y herhangi iki sayı, n ise bir tam sayıdır. Bu ifadenin eşitini bulmanın en basit yolu n tane (x+y) terimini birbiriyle çarpmaktır. Fakat n'nin büyük olduğu durumlarda bu işlemi yapmak çok uzun sürer. Binom açılımı olarak bilinen bir yöntem ile bu ifadenin eşiti çok daha kolay bir şekilde bulunabilir.

İfadenin eşiti açık olarak yazıldığı zaman bütün terimler a+b=n olmak üzere, xayb şeklinde olacaktır. Bu terimlerin katsayılarına binom katsayıları denir. Genel olarak binom açılımı şu şekilde ifade edilebilir:

data-cke-saved-src=http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/1_31_0.jpg

Bu ifadedeki katsayıların değeri (!) faktöriyel işlemi olmak üzere, şöyle bulunabilir:

data-cke-saved-src=http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/2_17_0.jpg

Örneğin n=2 olduğu zaman binom açılımı katsayıları 1, 2 ve 1 olur. Bu (x+y)2 = x2 + 2xy + y2 anlamına gelir. n küçük olduğu zaman ifadenin eşitini bulmak için terimleri birbiriyle çarpmak da pratik bir yol olabilir, fakat n büyük olduğu zaman binom açılımını kullanmak çok daha kolaydır. Üstelik binom katsayılarını hesaplamak için yukarıdaki formülü kullanmaktan çok daha pratik bir yol var. Öncelikle birinci ve sonuncu katsayıların her zaman 1 olduğuna dikkat edin. Şimdi, yan kenarları alt alta yazılmış 1'lerden oluşan bir üçgen yapın (bkz. alttaki şekil). Daha sonra her satırda yan yana bulunan iki sayının altındaki satıra ve sayıların ortasına bu sayıların toplamını yazın. Örneğin ikinci satırda iki tane 1 yan yana durduğu ve iki tane 1'in toplamı 2 olduğu için üçüncü satırın ortasına 2 yazın. Benzer şekilde, yukarıdan aşağıya doğru giderek üçgenin içini doldurmaya devam edin. Bu üçgenin her bir satırındaki sayıları incelediğiniz zaman sırasıyla belirli bir n değerine karşılık gelen tüm binom sayılarını bulacaksınız. Örneğin ikinci satırdaki 1, 1 sayıları n=1'e karşılık gelen katsayılar, dördüncü satırdaki 1, 3, 3, 1 sayıları ise n=3'e karşılık gelen katsayılardır. Pascal üçgeni olarak adlandırılan bu üçgeni kullanarak tüm binom katsayıları hesaplanabilir. Böylece binom açılımı yapmak çok kolaylaşır.

data-cke-saved-src=http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/fibonacci_0_1.jpg

Pascal üçgeninin pek çok ilginç özelliği var. Bunlardan biri Pascal üçgeninin simetrik olmasıdır. Üçgenin ortasına dikey bir simetri ekseni çizerseniz, bu simetriyi kolayca görebilirsiniz. Örneğin beşinci satırdaki 4'ler, altıncı satırdaki 10'lar ve yedinci satırdaki 15'ler bu eksene göre simetriktir.

data-cke-saved-src=http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/iki_0_0.jpg

Pascal üçgeninin diğer bir özelliği satırlarındaki sayıların toplamının 2'nin kuvvetlerini vermesidir. Bunun doğruluğunu binom açılımında x ve y yerine 1 koyarak görebilirsiniz. Ayrıca satırlardaki sayıları yan yana tek bir sayı gibi okursanız 11'in kuvvetlerini bulursunuz. Bunun doğruluğu ise binom açılımında x=1, y=10 yazılarak görülebilir. Örneğin üçüncü satırdaki 1, 2, 1 sayıları bir araya getirildiğinde 11'in ikinci kuvveti olan 121 sayısını verir. Dördüncü satırdaki sayıların bir araya getirilmesi ile elde edilen 1331 sayısı ise 11'in üçüncü kuvvetidir. Katsayıların tek basamaklı olmadığı durumlar ise biraz daha karmaşıktır, fakat bu durumlarda da ufak bir çaba ile 11'in kuvvetleri bulunabilir.

data-cke-saved-src=http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/mersene_0_0.jpg

Pascal üçgenini kullanarak Fibonacci sayıları da bulunabilir. Fibonacci serisi ilk iki terimi 1 olan bir seridir. Bu serinin elemanları olan Fibonacci sayıları ise kendinden önceki iki sayının toplamına eşittir. Örneğin bu serinin ilk birkaç elemanı şunlardır: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34. Bu serideki 8 sayısı kendinden önceki iki sayının (3 ve 5) toplamıdır. Aynı şekilde 34 sayısı da 13'ün ve 21'in toplamıdır. Pascal üçgeninden aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi diyagonal parçalar alırsanız, her parçadaki sayıların toplamının Fibonacci sayılarını verdiğini göreceksiniz.

data-cke-saved-src=http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/onbir_0_0.jpg

Pascal üçgeninde bulunabilecek diğer sayılar üçgen sayılarıdır. Sadece noktalar kullanarak üçgen şekilleri yapmaya çalıştığınızı düşünün. Önce üçgenin tepesi için bir nokta, sonra bu noktanın altına üçgen oluşturacak şekilde iki nokta, daha sonra bu noktaların altına üç nokta, ... Her bir üçgeni yapmak için kullandığınız noktaların sayısı üçgen büyüdükçe 1, 3, 6, 10,... olarak devam eder. Bu sayıları Pascal üçgeninin ikinci iç diyagonalinde bulabilirsiniz.

data-cke-saved-src=http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/simetri_0_0.jpg

Bir başka özellik Mersenne sayıları ile ilgilidir. 1'den ve kendisinden başka böleni olmayan sayılara asal sayılar denir. Mersenne sayıları ise n bir tam sayı olmak üzere, 2n-1'e eşit olan sayılardır ve n bir asal sayı olduğu zaman bu sayılar da birer asal sayı olur. Örneğin bir asal sayı olan 3'e karşılık gelen Mersenne sayısı 23-1=7'dir. Benzer şekilde 5'e karşılık gelen Mersenne sayısı 25-1=31'dir. Pascal üçgenini herhangi bir satırdan böler ve yukarıda kalan üçgendeki tüm sayıları toplarsanız Mersenne sayılarını verdiğini göreceksiniz.

data-cke-saved-src=http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/ucgen_0_0.jpg

data-cke-saved-src=http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/ucgensay_0_0.jpg

Pascal üçgeninin yukarıda anlatılan tüm özellikleri ve daha başkaları binom katsayılarının değerleri kullanılarak ispatlanabilir. Siz de yukarıda saydığımız özellikleri kendiniz ispatlamaya çalışabilirsiniz. Pascal üçgeni ile ilgili ilginç başka özelliklere ise aşağıdaki bağlantı adresini kullanarak ulaşabilirsiniz.

http://phys.org/print306750350.html

Fizik-Kimya-Matematik

Matematikte bazı pozitif tam sayıların pozitif bölenleri toplamı, sayının kendisinin iki katına eşittir. Bu tür sayılara “mükemmel sayı” denir.

TÜBİTAK tarafından düzenlenen 29. Bilim Olimpiyatları birinci aşama sınavı başvuruları 27 Mayıs’ta sona eriyor.