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Pentagonalzahl

aus AufEinWort, der freien Forschung
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pentagonal-Arithme "Fünf-Winkel-Zahl"

Fünfeckszahl

Ineinandergeschachtelte Fünfecke aus 22 Kugeln

Eine Fünfeckszahl oder Pentagonalzahl ist eine Zahl, die das Konzept der Dreiecks- und Quadratzahlen auf das regelmäßige Fünfeck erweitert. Allerdings ist das dabei entstehende Muster weit weniger symmetrisch als das der Dreiecks- und Quadratzahlen. Die n-te Fünfeckszahl entspricht der Anzahl der Kugeln, die man zum Legen eines Musters mit n regelmäßigen Fünfecken benötigt, die eine gemeinsame Ecke haben.

Für eine figural gleichmäßige Bedeckung siehe →Zentrierte Fünfeckszahl.

Die ersten (nicht zentrierten) Fünfeckszahlen sind

0, 1, 5, 12, 22, 35, 51, 70, 92, 117, 145, … (Folge A000326 in OEIS)

Bei einigen Autoren ist die Null keine Fünfeckszahl, sodass die Zahlenfolge erst mit der Eins beginnt.

Die n-te Fünfeckszahl lässt sich mit der Formel

n(3n−1)2

berechnen.

Die wichtigste Aussage über Fünfeckszahlen ist der Pentagonalzahlensatz.

Fünfeckszahlen der zweiten Art

Setzt man für n eine negative ganze Zahl ein, so bekommt man Fünfeckszahlen zweiter Art oder auch Kartenhauszahlen. Kartenhauszahlen deswegen, weil die Zahlen angeben, wie viele Karten benötigt werden, um ein Kartenhaus mit n Etagen zu bauen.

n(3n−1)2=m(3m+1)2 für m=−1⋅n und n≤0

Die Folge der Kartenhauszahlen beginnt: 0,2,7,15,26,40,57,… (Folge A005449 in OEIS)

Die Kartenhauszahlen lassen sich als Summe von Dreieckszahlen erzeugen:

Kartenhauszahlen als Summe von Dreieckszahlen
2⋅m(m+1)2+(m−1)m2=m(3m+1)2