欢迎光临散文网 会员登陆 & 注册

【趣味数学题】调和级数

2021-10-01 09:54 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

郑涛(Tao Steven Zheng)著

【问题】

调和级数(harmonic series)是由倒数和(sum of reciprocals)给出的无穷级数(infinite series)。

%20%5Csum_%7Bn%3D1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bn%7D%20%3D%201%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B3%7D%20%2B%20...

题一:使用比较判别法(comparison test)来证明调和级数发散。

题二:使用积分判别法(integral test)来证明调和级数发散。

【题解】

题一: 比较判别法

把调和级数中的项分组成:

1%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2B%20%5Cleft(%5Cfrac%7B1%7D%7B3%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%5Cright)%20%2B%20%5Cleft(%5Cfrac%7B1%7D%7B5%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B6%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B7%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B8%7D%5Cright)%20%2B%20...

上面分组的每个括号总是大于 %5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20

%5Cfrac%7B1%7D%7B3%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%3E%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%20

%20%5Cfrac%7B1%7D%7B3%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%3E%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20

%5Cfrac%7B1%7D%7B5%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B6%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B7%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B8%7D%20%3E%20%5Cfrac%7B1%7D%7B8%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B8%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B8%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B8%7D%20

%5Cfrac%7B1%7D%7B5%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B6%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B7%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B8%7D%20%3E%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D


因此,

1%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B3%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B5%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B6%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B7%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B8%7D%20%2B%20...%0A%3E%201%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2B%20...

由此可见

1%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2B%20...%20%3D%20%5Clim_%7Bn%20%5Crightarrow%20%5Cinfty%7D%20%5Cleft(1%20%2B%20%5Cfrac%7Bn%7D%7B2%7D%20%5Cright)%20%3D%20%5Cinfty

所以

1%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B3%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B5%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B6%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B7%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B8%7D%20%2B%20...%20%3D%20%5Cinfty


题二: 积分判别法

%5Csum_%7Bn%3D1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bn%7D%20%3E%20%5Cint_%7B1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20dx


%5Cint_%7B1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20dx%20%3D%20%5Clim_%7Bb%20%5Crightarrow%20%5Cinfty%7D%20%5Cleft(%5Cln%7B(x)%7D%20%5CBiggr%7C_1%5Eb%20%5Cright)


%20%5Cint_%7B1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20dx%20%3D%20%5Cinfty%20

因此

%5Csum_%7Bn%3D1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bn%7D%20%3D%20%5Cinfty


【历史纵横】

题一的方法(比较判别法)是中世纪法国神学家、哲学家和数学家尼克尔·奥雷斯姆(Nicole Oresme,约公元 1325年 - 1382年)的证明。



【趣味数学题】调和级数的评论 (共 条)

分享到微博请遵守国家法律