(215)パスカルの3角形

(a+b)1=a1+b1
(a+b)2=a2+2ab+b2
(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3
(a+b)4=a4+4a3b+6a22+4ab3+b4
(a+b)5=a5+5a4b+10a32+10a23+5ab4+b5
(a+b)6=a6+6a5b+15a42+20a33+10a24+6ab5+b6
  ↓         ↓

 上の数式群は(a+b)の累乗の計算で二項展開といい、各項の係数は二項係数という。別に名前を覚える必要はないが、ここで注目してほしいのは各数式の係数部分である。この係数部分だけを取り出して並べると以下のようにピラミッド形の数の並びになる。この展開図はパスカルの3角形()と呼ばれている。この展開はさらに繰り返し続くが、この中には実にさまざまな特徴が見て取れる。

  (A)左右対称である。
  (B)線で結ばれている2数の和が下段の数になる。
  (C)両端から2番目の数が各段のnに等しい。
  (D)上から3段目の1から始まる斜めの数列は(n−1)項の3角数を表している。
  (E)上から4段目の1から始まる斜めの数列は(n−2)項の正4面体数を表している。
  (F)上から5段目の1から始まる斜めの数列は(n−3)項のホロン正4面体数を表している。

n=0  1=1 0
  /\    
n=1 1  1  1+1=2 1
  /\ /\    
n=2 1  2  1  1+2+1=4 2
  /\ /\ /\    
n=3  1  3  3  1  1+3+3+1=8 3
  /\ /\ /\ /\    
n=4 1  4  6  4  1  1+4+6+4+1=16 4
   /\ /\  /\  /\  /\     
n=5 1  5  10 10  5  1  1+5+10+10+5+1=32 5
   /\  /\  /\  /\  /\ /\     
n=6  1  6  15  20  15  6  1   1+6+15+20+15+6+1=64 6

 下の表はパスカルの3角形に表われている数の流れを並べてみたもので、さまざまな次元における最小ユニットの構成要素の数と対比させたものだ。右の図の中に矢印で示した右上から斜め左下へと連なる数の流れが、それぞれの形態の構成要素の数となっている。正4面体はすでに見たように、3次元における最もコンパクトでシンプルな多面体である。下表からも分かるように、3次元の正4面体に相当する2次元の最もコンパクトな多角形は正3角形だ。同様に1次元ではそれは線分になり、0次元ではただの1点になる。また逆に3次元では正4面体が1つしか持たなかった胞もしくは閉鎖空間を、4次元で対応する超立体の「正5胞体」は5つ持つということもここから見て取れる。

 つまり正4面体は3次元で点4、線6、面4、胞1の立体だが、それに2次元で対応するのは点3、線3、面1の正3角形であり、1次元で対応するのは端点2、線1の線分だ。また4次元で対応するのは点5、線10、面10、胞5の正5胞体である。同様にして正4面体に対応する上次元のものをずっとトレースできるだろう。なおこの表の線数の増加が3角数に、面数の増加が正4面体数になっていることも見逃さないように。

次元数 点の数 線の数 面の数 胞の数 超胞の数  
1点
2点間の線分
正3角形
正4面体
10 10 正5胞体
15 20 15 5次元超6胞体
21 35 35 21 6次元超7胞体

 

)この名前の由来は17世紀の数学者で哲学者でもあったパスカル(1623−1662)に由来している。
しかしこれと同様の記述はさらに3世紀前の元の数学者朱世傑の著書「四元玉鑑」にもあることが知られている。