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Rätseln mit Eder: Ist der Satz allgemein gültig?

Eine Vielzahl bunter Zahlen in Blau, Rot und Gelb ist spiralförmig auf einem weißen Hintergrund angeordnet. Die Zahlen scheinen sich in die Mitte des Bildes zu drehen und erzeugen einen hypnotischen Effekt. Die Anordnung der Zahlen wirkt zufällig, aber die spiralförmige Struktur verleiht dem Bild eine geordnete Dynamik.

Marie hat an einigen Beispielen folgende Gemeinsamkeit festgestellt:

Bildet man das Produkt aus vier aufeinander folgenden natürlichen Zahlen und erhöht das Ergebnis um 1, dann ist dieser Wert eine Quadratzahl.

Beispiel: 3 ∙ 4 ∙ 5 ∙ 6 + 1 = 361 = 192

Ist dieser Satz allgemein gültig?

Der Satz ist allgemein gültig.

Die vier aufeinander folgenden Zahlen seien n, (n + 1), (n + 2) und (n + 3).

Das Produkt dieser vier Zahlen lautet: n ∙ (n + 1) ∙ (n + 2) ∙ (n + 3).

Nach Auflösen der Klammern erhält man den vereinfachten Summenterm:

n ∙ (n + 1) ∙ (n + 2) ∙ (n + 3)

= (n+ n) ∙ (n+ 5n + 6)

= n4 + 5n3 + 6n2 + n3 + 5n2 + 6n

= n4 + 6n3 + 11n2 + 6n

Addiert man zu diesem Term die 1, lautet die Summe n4 + 6n3 + 11 n2 + 6n + 1.

Um die Allgemeingültigkeit des Satzes zu beweisen, muss dieser Summenterm in einen quadratischen Term umgeformt werden.

n4 + 6n3 + 11 n2 + 6n + 1     ǀ Faktorisierung des Summenterms führt zum Ziel

⟺ (n2 + 3n + 1) ∙ (n2 + 3n + 1) = (n2 + 3n + 1)2

Tatsächlich ist der Summenterm äquivalent zu dem quadratischen Term (n2 + 3n + 1)2.

(n2 + 3n + 1)2 = n4 + 6n3 + 11 n2 + 6n + 1

Der Beweis ist erbracht, der Satz ist also allgemein gültig.

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