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Aufgabe:

Wie finde ich (ohne Wikipedia Artikel Dreieckszahlen) die Bildungsgesetze der Dreieckszahlen ?


Ich habe bereits:

\( d_1 = 1 \)

\( d_2 = 3 = 1+2 \)

\( d_3  = 6 = 1 + 2 + 3 \)

\( d_4 = 10 = 1 + 2 + 3 + 4 \)


Diese Tabelle ist auszufüllen:

Folgenglied 5 6 7 8 9 10 100 n
Dreieckszahl 15 21 28364555????


Weil ich herausgefunden habe, dass rekursiv gilt:

\(d_n = d_{n-1} + n \)

also:

\(d_5 = d_4 + n = 10 + 5 = 15\)

\(d_6 = d_5 + n = 15 + 6 = 21\)

\(d_7 = d_6 + n = 21 + 7 = 28\)

\(...\)

\(d_{10} = d_9 + n = 45 + 10 = 55\)



Problem/Ansatz:

a) Ich finde von Folgen jeweils das rekursive Bildungsgesetz generell leichter als das explizite.

b) Mit dem Expliziten würde ich allerdings durch einfache Rechnung jedes Folgenglied d_n herausfinden können.

c) Beim Rekursiven Bildungsgesetz brauche ich immer das vorangegangene Glied. In der Tabelle brauche ich n = 100, habe aber n = 99 noch nicht und aufbauend von n = 10 bis n = 99 nachzurechnen dauert eweig.


Ich sehe aber das:

\(d_4 = 1 + 2 + 3 + 4\)

Differenz: 1, 1, 1, 1

d) Wie fahre ich mit diesem Wissen über die Differenz fort oder wie finde ich das explizite Bildungsgesetz wenn ich jetzt das Wissen über die Differenz habe? (Im weiteren werde ich mit Quadrat, Fünfeckszahlen und sonstigen Mustern konfrontiert.)

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2 Antworten

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Beste Antwort

Wenn du auf irgend eine Weise die ersten Glieder einer Zahlenfolge (sagen wir der Folge der Dreieckszahlen) gefunden hast, solltest du so weiter verfahren:

Bilde die Folge der Differenzen dieser Glieder, die wir 'erste Differenzenfolge' nennen. Bilde die Differenzenfolge der ersten Differenzenfolge, die wir 'zweite Differenzenfolge' nennen. Setze das Verfahren fort bis zur n-ten Differenzenfolge, die eine konstante Folge ist. Dann weißt du, dass die explizite Formel ein Polynom n-ten Grades sein muss. Weiter siehe hier:

https://www.mathelounge.de/772701/wie-findet-man-den-kleinsten-unbekannten-grad-eines-polynoms

Avatar von 123 k 🚀

Vielen herzlichen Dank,  jetzt sind wir dem Ganzen einen Schritt näher.


Im Beispiel oben ist es die erste Differenzenfolge, die konstant ist.

Das heisst, dass wenn meine Folge eine Funktion von R nach R wäre, ich

\(y = mx + q\) haben muss.


Beispiel Fünfeckszahlen.

\(a_1 = 1 \)

\(a_2 = 5\)

\(a_3 = 12 \)

\(a_4 = 22 \)


Erste Differenzenfolge   : \(4, 7, 10\) nichtkonstant.

Zweite Differenzenfolge : \(3,3\) konstant.


Daraus folgt, dass die Zahlenfolge eine "quadratische Folge" sein muss:

\(y = a*x^2 + b*x + c\)


Frage:

Hast du das so gemeint ? Falls ja, kann ich auch durch ein bestimmtes Vorgehen das explizite Bildungsgesetz herausfinden oder muss ich ausprobieren ?

Diese "Methode" mit der Untersuchung von aufeinander folgenden Differenzenfolgen führt aber eben nur bei Folgen zum Ziel, welche durch eine Polynomfunktion beschrieben werden können. Bei anderen Folgen (allso bei den allermeisten) muss man sich etwas anderes einfallen lassen - und ein generelles "Rezept" gibt es gar nicht ...

Bei welchen wäre dies der Fall ?


Wir behandeln in der Schule die sogenannten "Figurenfolgen".

Die man physisch mit Plättchen legen könnte.

@Ein_Kerl: Du hast mich richtig verstanden.

@Rumar: Wenn die Differenzenfolge irgendwann konstant wird, gelingt eine explizite Darstellung durch ein Polynom. Siehe ebenfalls hier:

https://www.mathelounge.de/772701/wie-findet-man-den-kleinsten-unbekannten-grad-eines-polynoms

Bei welchen wäre dies der Fall ?

Die Folge, die sicher auch im Unterricht vorkommt, ist die geometrische Folge. Etwa so was$$1,\, 3,\, 9,\, 27,\, 81,\, 243, \dots$$die erste und zweite Differenzenfolge wären dann $$2,\, 6,\, 18,\, 54,\, 162,\, \dots \\ 4,\, 12,\, 36,\, 108, \, 324,\, \dots$$das kann man unendlich weiterführen, man kommt nie auf einen konstante Folge. Wenn Du aber zwei auf einander folgende Zahlen dividierst, so erhältst Du immer den selben Wert - hier die \(3\).

D.h. die Originalfolge und alle Differenzenfolgen haben die Form \(a_i = a_o \cdot 3^i\).

Die Folge der Fibonacci-Folge sagt Dir sicher auch was, die eine Kombination zweier geometrischer Folgen ist.

Und dann gibt es auch noch Jux-Folgen - zum Beispiel $$8,\, 3,\, 1,\, 5,\, 6,\, 7,\, \dots$$das sind die deutschen Zahlworte in alphabetischer Reihenfolge.

Es gibt also da keine Grenzen und auch keine allgemeingültige Regel, wie eine begonnnene Folge weiter zu führen ist! Aber wenn Du die hier erwähnten Folgen kennst, ist das schon eine gute Grundlage.

Wir behandeln in der Schule die sogenannten "Figurenfolgen".

Ich nehme an, Du meinst sowas. Da geht es, wie sonst auch, um Mustererkennung. Das kann man bedingt üben. Aber auch da gibt es keine Universalregel.

Falls ja, kann ich auch durch ein bestimmtes Vorgehen das explizite Bildungsgesetz herausfinden

Ja! wenn Du auf eine konstante Differenzenfolge stösst, ist der Grad des beschreibenden Polynoms gleich der Anzahl der Differenzenfolgen bis zur konstanten Differenzenfolge.

Also bei den Dreieckzahlen ist das die 2. Differenz, daraus folgt$$d_n = an^2+bn +c$$dann setzen die ersten drei Zahlen ein:$$d_1 = 1 = a + b + c\\ d_2 = 3 = 4a + 2b +c \\ d_3 = 6 = 9a + 3b + c$$Das sind drei Gleichungen mit den drei Unbekannten \(a\), \(b\) und \(c\) und der Lösung$$d_n = \frac 12 n^2 + \frac 12 n + 0 = \frac n2(n+1)$$

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Es geht doch um Zahlen, die der Summe aller Zahlen von 1 bis n entsprechen.

Diese Summe ist immer n*(n+1)/2 . Das ist also die Explizitformel für

Dreieckszahlen.

Avatar von 289 k 🚀

Okay, dass die Summe immer n*(n+1) / 2 ist weiss ich nicht.

Gibt es eine "Methode" ohne dieses Wissen an die explizite Formel zu kommen ?

(In weiteren Aufgaben habe ich verschiedene explizite Bildungsgesetze von Folgen herauszufinden.)

Gibt es eine "Methode" ohne dieses Wissen an die explizite Formel zu kommen ?

Natürlich. Male bunte Kästchen.


Unbenannt.PNG

Die Anzahl der grünen Kästchen ist eine Dreieckszahl.

Die Anzahl der roten Kästchen ist die gleiche Dreieckszahl.

Wenn du jetzt noch weißt, wie lang und wie breit das entstandene Rechteck ist ...

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