圖形數(三角數・四角數・五角數・六角數)計算器

計算三角數・四角數(平方數)・五角數・六角數從第1項到第N項的值,並用圖表進行對比。也可立即計算任意第n項的值。附帶第1〜15項速查表。

三角數・四角數・五角數・六角數 第1〜15項速查表

彙總了4種圖形數從第1項到第15項數值的一覽表。

n 三角數 四角數(平方數) 五角數 六角數
1 1 1 1 1
2 3 4 5 6
3 6 9 12 15
4 10 16 22 28
5 15 25 35 45
6 21 36 51 66
7 28 49 70 91
8 36 64 92 120
9 45 81 117 153
10 55 100 145 190
11 66 121 176 231
12 78 144 210 276
13 91 169 247 325
14 105 196 287 378
15 120 225 330 435

形數是什麼

形數是把點按規則排成正多邊形時點的總數。排成三角形便是三角形數(1、3、6、10……),排成正方形便是正方形數(1、4、9、16……),排成五邊形便是五邊形數(1、5、12、22……)。正方形數與平方數一致,是因為排成正方形的點恰好是 n × n——這是幾何與代數直接相連的淺顯例子。

每一類形數都有簡潔的通項。三角形數為 n(n+1)/2,正方形數為 n²,五邊形數為 n(3n−1)/2,六邊形數為 n(2n−1)。人們還知道相鄰兩個三角形數相加即得正方形數、六邊形數與奇數項的三角形數一致等關係,欣賞數列之間意想不到的聯繫,正是形數的趣味所在。本工具可計算自第1項至第N項並以圖形比較,也能直接求出第n項。

計算形數的步驟

  1. 選擇形數的種類 在三角形數、正方形數、五邊形數、六邊形數中選擇。
  2. 指定顯示的項數 自第1項至第N項會以一覽與圖形顯示。
  3. 用圖形比較成長 可直觀看出角數越多的形數成長越陡。
  4. 直接求第n項 對於較大的 n,也可只求出該項的值。

用好本工具的小技巧

  • 三角數T(n) = n(n+1)/2 表示將點堆疊成正三角形時的點數總和。保齡球瓶的擺放方式(10支)就是三角數T(4)=10的例子。
  • 四角數(平方數)S(n) = n² 表示將點排列成正方形時的點數總和。「依次相加奇數即得平方數」(1, 1+3=4, 1+3+5=9……)這一性質也廣為人知。
  • 五角數P(n) = n(3n−1)/2 與六角數H(n) = n(2n−1) 分別表示將點排列成正五邊形、正六邊形時的點數總和。所有六角數必定也是三角數(H(n) = T(2n−1))。
  • 圖表可以比較4種圖形數的增長速度。相同的n下,頂點數(3、4、5、6)越多的k邊形數往往數值越大。
  • 本工具最高支援到第1000項。由於項數越大數值增長越快,圖表和表格的顯示項數為了便於檢視限制在1〜30之間。

這些情境會用到

學習數列

把通項的推導與實際數值相互印證,確認算式的含義。

驗證數列之間的關係

可用實際數字檢驗相鄰三角形數之和是否為正方形數等命題。

程式設計練習題

寫好求形數的函式後,可與正確值相互比對。

為解謎與競賽數學做功課

形數常出現在數論題目中,備有數值一覽便更易看出端倪。

形數的術語

三角形數
點排成三角形時的總數,通項為 n(n+1)/2。與1到n的和一致。
正方形數(平方數)
點排成正方形時的總數,為 n²。
五邊形數
點排成正五邊形時的總數,為 n(3n−1)/2。
六邊形數
點排成正六邊形時的總數,為 n(2n−1)。與奇數項的三角形數一致。
通項
以 n 的算式表示數列第n項者。各類形數皆有簡潔的通項。
多邊形數定理
任何自然數至多可表為3個三角形數、4個正方形數或5個五邊形數之和的定理。

常見問題

將兩個連續的三角數相加必定得到四角數(平方數)。例如 T(3)+T(4) = 6+10 = 16 = 4²。把三角形排列的點圖與下一個三角數的點圖組合起來正好構成正方形,從幾何上也可以直觀確認這一點。

所有六角數同時也是三角數。具體來說,成立關係式 H(n) = T(2n−1)。例如 H(3) = 15 與 T(5) = 15 一致。

五角數出現在幾何學和數論兩個領域,例如足球上的圖案(正五邊形拼塊),以及以「五角數定理」聞名的尤拉分拆數研究。日常生活中直觀的例子不如三角數、四角數那麼多,但在數論中具有重要作用。

計算本身最高支援到第1000項,但為了圖表的可讀性,顯示・圖表的項數限制在1〜30的範圍內。如果只想知道特定第n項的值,可以直接在n(項號)欄輸入較大的數值進行計算。
工具君

閒話 ― 畢達哥拉斯學派在圖形數中發現的「數字奧秘」

圖形數(多邊形數)的研究可以追溯到西元前6世紀左右古希臘的畢達哥拉斯學派。他們秉持「萬物皆數」的理念,通過將點排列成幾何形狀來直觀理解數字的性質。「三角數」「四角數」等名稱本身就來自點排列後形成的圖形形狀。

三角數與四角數之間存在一種美妙的關係:將兩個連續的三角數相加必定得到四角數(例:T(3)+T(4) = 6+10 = 16 = 4²)。實際畫出點的排列圖後可以直觀地理解這一點。這種幾何證明方法對後來數論的發展產生了深遠影響。

圖形數至今仍是現代數學的研究物件。例如「所有六角數同時也是三角數」這一性質,以及探索同時滿足多種圖形數定義的數,如今仍是數論中常見的練習題。畢達哥拉斯學派在2500年前沒有紙筆、僅憑排列小石子發現的許多性質,至今仍作為正確的定理成立,這實在令人驚歎。