前一种的证明法,自然比较地来得有根底,不像用数学归纳法那样地突然。但还有一点,不能使我们满意,不是吗?每个式子的分母都是1×2×3,就前面的证明中看来,明明只应当是2×3,为什么要写成1×2×3呢?这一点,若再用别一种方法来寻求这些公式,那就可以恍然了。
这一种方法可以叫它作差级数法。所谓拟形级数,不过是差级数法的特别情形。
怎样叫差级数?算术级数就是差级数中最简单的一种,例如1、3、5、7、9……这是一个算术级数,因为
3-1=5-3=7-5=9-7=……=2
但是,王老头子的汤团的堆法,从顶上一层起,顺次是1、4、9、16、25……各各两项的差是:
4-1=3,9-4=5,16-9=7,25-16=9……
这些差全不相等,所以不能算是算术级数,但是这些差,3、5、7、9……的每两项的差却都是2。
再如第二种三角锥的堆法,从顶上起,各层的个数依次是1、3、6、10、15,各各两项的差是,
3-1=2,6-3=3,10-6=4,15-10=5……
这些差也全不相等,所以不是算术级数,不过它和前一种一样,这些差数依次两个的差是相等的,都是1。
我们来另找个例子,如13、23、33、43、53、63……这些数实行乘出来便是1、8、27、64、125、216……而,
(Ⅰ)
8-1=7,27-8=19,64-27=37,125-64=61,216-125=91……
(Ⅱ)
19-7=12,37-19=18,61-37=24,91-61=30……
(Ⅲ)
18-12=6,24-18=6,30-24=6……
这是到第三次的差才相等的。
再来一个例子,如2、20、90、272、650、1332……
(Ⅰ)
20-2=18,90-20=70,272-90=182,650-272=378,
1332-650=682……
(Ⅱ)
70-18=52,182-70=112,378-182=196,682-378=304……
(Ⅲ)
112-52=60,196-112=84,304-196=108……
(Ⅳ)
84-60=24,108-84=24……
这是到第四次的差才相等的。
像这些例子一般的一串数,照上面的方法一次一次地减下去,终究有一次的差是相等的,这一串数就称它们为差级数,第一次的差相等的叫一次差级数,第二次的差相等的叫二次差级数,第三次的差相等的叫三次差级数,第四次的差相等的叫四次差级数……第r次的差相等的叫r次差级数。算术级数就是一次差级数,王老头子的一盘汤团,各层就成一个二次差级数。
所谓拟形数就是差级数中的特殊的一种,它们相等的差总是1。这是一件很有趣味的东西。法国的大数学家帕斯卡在他1665年发表的《算术三角形》中,就说得有这种级数的作法,他作了如后的一个三角形。
这个三角形仔细玩赏一下,趣味非常丰富。它对于从左上向右下的这条对角线是对称的,所以横着一排一排地看,和竖着一行一行地看,全是一样。
它的作法是:(Ⅰ)横、竖各写同数的1。(Ⅱ)将同行的上一数和同排的左一数相加,便得本数。即
1+1=2,1+2=3,1+3=4,……
2+1=3,3+3=6,……
3+1=4,6+4=10,……
4+1=5,10+5=15,……
5+1=6,15+6=21,……
6+1=7,21+7=28,……
7+1=8,28+8=36,……