Το διωνυμικό θεώρημα είναι ένα θεώρημα στην άλγεβρα, για το ανάπτυγμα του αθροίσματος δύο όρων υψωμένο στην -οστή δύναμη. Πιο συγκεκριμένα, για οποιοδήποτε φυσικό αριθμό και οποιουσδήποτε πραγματικούς αριθμούς , ισχύει ότι[1]:162[2]:88
όπου !}{\kappa !(\nu -\kappa )!}}}
είναι οι διωνυμικοί συντελεστές.
Για παράδειγμα, για παίρνουμε
Απόδειξη με επαγωγή
Θα αποδείξουμε το διωνυμικό θεώρημα με χρήση της μαθηματικής επαγωγής στους φυσικούς αριθμούς .
Βασική Περίπτωση: Για , έχουμε ότι , και επομένως
- .
Επαγωγική Περίπτωση: Έστω ότι ισχύει για , δηλαδή
Θα αποδείξουμε ότι ισχύει και για . Έχουμε ότι
Αλλάζοντας τα όρια του πρώτου αθροίσματος
Μετακινώντας εκτός αθροίσματος τον τελευταίο όρο του πρώτου αθροίσματος και τον πρώτο όρο του δεύτερου αθροίσματος,
Χρησιμοποιώντας ότι ,
Ενώνοντας τα δύο αθροίσματα,
Χρησιμοποιώντας τον ορισμό των διωνυμικών συντελεστών
Τέλος, χρησιμοποιώντας ότι ,
Συνεπώς, ισχύει και για και από την μαθηματική επαγωγή, για όλους τους φυσικούς αριθμούς .
Συνδυαστική απόδειξη
Παρατηρήστε ότι αναπτύσσοντας το γινόμενο , εμφανίζονται όροι της μορφής για κάποιον φυσικό αριθμό . Η ιδέα για την συνδυαστική απόδειξη είναι να μετρήσουμε πόσες φορές εμφανίζεται κάθε τέτοιος όρος.
Για παράδειγμα, για , έχουμε
και για , έχουμε
Άρα θέλουμε να μετρήσουμε το πλήθος των ακολουθιών μήκους αποτελούμενους από όρους και όρους . Από τον συνδυαστικό ορισμό του διωνυμικού συντελεστή, υπάρχουν τέτοιοι όροι. Συνεπώς,
Απόδειξη διωνυμικών ταυτοτήτων
Το διωνυμικό θεώρημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην απόδειξη ταυτοτήτων.
Πολυωνυμικό θεώρημα
Το πολυωνυμικό θεώρημα γενικεύει το διωνυμικό θεώρημα, θεωρώντας πάνω από δύο όρους στην βάση, π.χ. .
Για οποιουσδήποτε φυσικούς αριθμούς και πραγματικούς αριθμούς , έχουμε ότι[1]: 168
όπου !}{\kappa _{1}!\cdot \ldots \cdot \kappa _{\mu }!}}}
είναι οι πολυωνυμικοί συντελεστές.[3]: 17
Η ιδέα της παραπάνω συνδυαστικής απόδειξης μπορεί να εφαρμοστεί και εδώ, αυτή την φορά μετρώντας όρους της μορφής , με . Για παράδειγμα,
Graham, Ronald L.· Knuth, Donald E.· Patashnik, Oren (1997). Concrete mathematics : a foundation for computer science (2η έκδοση). Reading, Mass.: Addison-Wesley. ISBN 9780201558029.
Φωτάκης, Δ. «Συνδυαστική Απαρίθµηση» (PDF). Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Ανακτήθηκε στις 6 Αυγούστου 2022.
Αντωνιάδης, Ιωάννης· Κοντογεώργης, Αριστείδης (2015). Θεωρία Αριθµών και εφαρµογές. ΣΕΑΒ. ISBN 9786188212459.
Χαραλάμπους, Μ. Γ. «17. Δακτύλιοι». Τμήμα Μαθηματικών, Πανεπιστήμιο Αιγαίου. Ανακτήθηκε στις 6 Αυγούστου 2022.