Numero triangolare

Disambiguazione – "Formula di Gauss" rimanda qui. Se stai cercando la formula per il calcolo dell'area di poligoni qualunque, vedi Formula dell'area di Gauss.

In matematica, un numero triangolare è un numero poligonale rappresentabile in forma di triangolo, ossia, preso un insieme con una cardinalità (quantità di elementi) uguale al numero in oggetto, è possibile disporre i suoi elementi su una griglia regolare, in modo da formare un triangolo equilatero o un triangolo isoscele, come nella figura sotto.

1		3		6		10		15		21

L'${\displaystyle n}$-esimo numero triangolare si può ottenere con la formula di Gauss; essa porta il nome del matematico per una mera questione di consuetudine storica, ma secondo i canoni dell'assegnazione prioritaria in uso nella matematica, data la sua semplicità e l'antichità dell'argomento, andrebbe certamente attribuita a terzi:

${\displaystyle T_{n}={\frac {n(n+1)}{2}}.}$

Da questa formula segue che nessun numero triangolare per ${\displaystyle n}$ maggiore di 2 è primo. Osservando, poi, che ciascuna riga del triangolo è costituita da un numero di elementi uguale all'indice della riga, e contiene quindi un elemento in più della riga precedente, si verifica facilmente che la formula corrisponde a quella della somma dei primi ${\displaystyle n}$ termini della progressione aritmetica di ragione 1:

${\displaystyle T_{n}=\sum _{k=1}^{n}k=1+2+3+\dotsb +n.}$

È possibile ottenere anche una giustificazione geometrica della formula: avvicinando all'${\displaystyle n}$-esimo triangolo un triangolo uguale, si ottiene un rettangolo di lati ${\displaystyle n}$ e ${\displaystyle n+1}$, che è formato da ${\displaystyle n(n+1)}$ punti, il doppio di quelli del triangolo.

2		6		12		20		30		42

L'${\displaystyle n}$-esimo numero triangolare corrisponde al numero di possibili coppie non ordinate estratte da un insieme di ${\displaystyle n}$ elementi.

Dimostriamo per induzione su ${\displaystyle n.}$ Occorre verificare che la formula:

${\displaystyle T_{n}={\frac {n(n+1)}{2}}}$

sia valida per ${\displaystyle n=1}$, e per ogni successore di ${\displaystyle n}$, ossia ${\displaystyle n+1.}$ Il primo caso, per ${\displaystyle n=1}$, si verifica facilmente:

${\displaystyle T_{1}={\frac {1(1+1)}{2}}={\frac {2}{2}}=1.}$

Per gli ${\displaystyle n}$ successori occorre dimostrare che:

${\displaystyle T_{n+1}={\frac {(n+1)(n+2)}{2}}.}$

Infatti

${\displaystyle T_{n+1}=T_{n}+(n+1)={\frac {n(n+1)}{2}}+(n+1)={\frac {n(n+1)+2(n+1)}{2}}={\frac {(n+1)(n+2)}{2}}.}$

I primi numeri triangolari sono:

1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55, 66, 78, 91, 105, 120, 136, 153, 171, 190, 210, 231, 253, 276, 300, 325, 351, 378, 406, 435, 465, 496, 528, 561, 595, 630, 666, 703, 741, 780, 820, 861, 903, 946, 990, 1035, 1081, 1128, 1176, 1225, 1275, 1326, 1378, 1431, 1485, 1540, 1596, 1653, 1711, 1770, 1830, 1891, 1953, 2016, 2080, 2145, 2211, 2278, 2346, 2415, 2485, 2556, 2628, 2701, 2775, 2850, 2926, 3003, 3081, 3160, 3240 ecc.

e rappresentano la successione A000217 dell'OEIS.

• La somma di due numeri triangolari successivi è un numero quadrato:

${\displaystyle n^{2}={n(n-1) \over 2}+{n(n+1) \over 2};}$

4		9		16		25		36

• esistono infiniti numeri triangolari che sono anche numeri quadrati;
• ogni numero naturale si può scrivere come somma di al massimo tre numeri triangolari (eventualmente ripetuti, come in ${\displaystyle 20=10+10}$; questa proprietà fu scoperta da Gauss nel 1796, ed è un caso particolare del teorema di Fermat sui numeri poligonali;
• la somma dei primi ${\displaystyle n}$ numeri triangolari è uguale all'${\displaystyle n}$-esimo numero tetraedrico;
• l'${\displaystyle n}$-esimo numero pentagonale è un terzo del numero triangolare per ${\displaystyle 3n-1}$; ogni altro numero triangolare è un numero esagonale;
• la differenza tra l'${\displaystyle n}$-esimo numero ${\displaystyle m}$-gonale e l'${\displaystyle n}$-esimo numero ${\displaystyle (m+1)}$-gonale è uguale all'${\displaystyle (n-1)}$-esimo numero triangolare.

• ${\displaystyle T_{a+b}=T_{a}+T_{b}+ab}$ (somma di numeri triangolari);
• ${\displaystyle T_{ab}=T_{a}T_{b}+T_{a-1}T_{b-1},}$ (prodotto di numeri triangolari);
• tutti i numeri perfetti sono triangolari;
• i reciproci dei numeri triangolari formano la serie di Mengoli moltiplicata per 2, la loro somma vale pertanto 2;
• il quadrato dell'${\displaystyle n}$-esimo numero triangolare è uguale alla somma dei primi ${\displaystyle n}$ cubi:

${\displaystyle T_{n}^{2}=\sum _{k=1}^{n}k^{3},}$

questo risultato è noto sotto il nome di teorema di Nicomaco.

• i numeri triangolari si susseguono sempre alternando due numeri dispari a due numeri pari.

Per stabilire se il numero ${\displaystyle n\in \mathbb {N} }$ è triangolare si può calcolare l'espressione:

${\displaystyle m={\frac {{\sqrt {8n+1}}-1}{2}}.}$

Se, ${\displaystyle m}$ è intero, allora ${\displaystyle n}$ è l'${\displaystyle m}$-esimo numero triangolare, altrimenti ${\displaystyle n}$ non è triangolare.

Tale test trova la sua legittimazione nel fatto che: ${\displaystyle 8\cdot T_{n}+1=8\cdot {n\cdot (n+1) \over 2}+1=4n^{2}+4n+1=(2n+1)^{2}.}$

Molto evidente e semplice anche la dimostrazione grafica, tanto da essere già nota fin dall'antichità e pertanto precedente all'introduzione dell'algebra simbolica. Tra le fonti accreditate che riportano il teorema spicca anche il nome di Plutarco, motivo per il quale talvolta l'identità è citata come identità di Plutarco.

• Numero poligonale
• Numero triangolare centrato
• Numero tetraedrico
• Numero pentatopico
• Teorema di Nicomaco

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su numero triangolare

• (EN) triangular number, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Eric W. Weisstein, Numero triangolare, su MathWorld, Wolfram Research.
• I numeri triangolari in OEIS, l'enciclopedia delle successioni numeriche

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