牛頓是如何推導二項式展開的
牛頓根據英國數學家約翰·沃利斯等前人的工作,知道了如何對整數指數的二項式進行展開:
圖一
如下圖直觀的顯示了這些系數有趣的變化過程
圖二
牛頓的目标是擴展圖一的展開式,使其包含非整數的指數m。接下來,我們可以将系數排列在一個表中,其中空行用于對非整數值m的展開式:
圖三
牛頓想要填充這個表中的空單元格。他的推理如下。
對于指數m是整數的情況下:第一列和第二列不難看出。第一列隻包含1,第二列m雖線性增加。
圖四
現在我們考慮第三列。首先,我們注意到它是一個三角形數(如下圖所示),我們可以通過簡單的公式得到:
圖五
三角數樣式
圖六
我們還注意到第m行總是包含(m-1)個角形數。更具體地說:
m=2時:該行包含第一個三角形數
m=3時:該行包含第二個三角形數
m=5時,該行包含第四個三角形數
将(m-1)代入上式得到:
圖七
然後我們可以完成第列:得到-1/8,3/8,15/8,35/8,.........
圖八
現在,注意,對于前三列,值多項式地增加。
第一列是常數(等于1)
第二列線性增長(等于多項式的次數m)
第三列按照公式7計算得到(二次多項式形式增長)
根據這個模式,牛頓推斷第四列應該作為三次多項式增加。由于這個未知多項式在m = 0,1和2時消失,所以它必須有如下形式:
其中常數a可以通過表的第七行得到,根據第七行p(3)=1。因此:
然後我們按照上述原理,填充第四列空的單元格:
牛頓推導的過程現在很清楚了。第五列和第六列對m的依賴關系可以很快得到:
最後我們可以填滿整個表:
所以牛頓就得到了一般的二項式定理
上述公式中,其中
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