牛頓發現二項式定理的故事有很多,以下列舉幾個:
1. 在牛頓之前,一些數學家已經發現了二項式定理,但是他們并沒有用理論證明它。牛頓在研究級數和差分時,發現了這個定理。他通過觀察和推導,得出了二項式定理的公式。
2. 牛頓在研究如何利用無窮級數計算冪的時候,發現了二項式定理。他觀察到,任何連續的二次方運算(如加、減、乘、除)都可以表示為一個多項式和某個變量的乘積之和。這個變量通常被稱為“無窮級數”的“余項”。
3. 一天傍晚,牛頓一邊散步一邊思考如何計算冪的問題。他突然想到可以用正整數乘以一個固定的常數來表示這個結果。這個想法讓他得到了二項式定理的一般形式,即多項式可以表示為兩個因式乘積的和。
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牛頓發現二項式定理的故事:
有一天,牛頓正在思考問題,走到蘋果樹下,看見一個蘋果落在地上。他覺得蘋果從樹上掉下來,是因為地球對蘋果有吸引力。同時,他觀察到當蘋果的樹枝是水平方向時,蘋果并沒有從樹枝上掉下來。這使他想到,蘋果樹在生長時受到地球引力影響,而蘋果也受到樹枝的牽制作用,所以蘋果只在樹枝下生長。
在思考這個問題時,牛頓突然想到一個數學問題:如果有一個物體A和一個物體B互相吸引,那么物體A在物體B的引力作用下,將如何運動呢?他隨即用數學方法進行研究。他發現,如果物體A和物體B之間的引力是恒定的,而且物體A有一定的初速度,那么物體A將在物體B的引力作用下做勻速直線運動。
在這個過程中,牛頓又聯想到了另一個數學問題:如果有一個物體在兩個互相垂直的方向上受到兩個大小相等、方向相反的力作用,那么這個物體將如何運動呢?他又用數學方法進行研究,并發現這個物體將在兩個力的合力作用下做勻加速直線運動。
這兩個數學問題的解決方法,使牛頓意識到這可能是個重要的數學定理。于是他開始用數學公式進行推導證明,最終得出了著名的二項式定理。
例題:假設有一個邊長為a的正方形,其中一邊受到一個大小為F、方向沿該邊向內的力作用,另一邊受到一個大小也為F、方向沿該邊向外的力作用。這兩個力是恒定的,大小相等、方向相反。那么這個正方形將會如何運動呢?
根據牛頓的二項式定理,正方形將會做勻加速直線運動。我們可以使用牛頓第二定律來求解這個問題:F=ma,其中F是作用在正方形上的力,m是正方形的質量(即正方形的邊長),a是正方形運動的加速度。由于兩個力都是恒定的,所以正方形將會做勻加速直線運動。