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【趣味數(shù)學(xué)題】調(diào)和級(jí)數(shù)

2021-10-01 09:54 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

鄭濤(Tao Steven Zheng)著

【問(wèn)題】

調(diào)和級(jí)數(shù)(harmonic series)是由倒數(shù)和(sum of reciprocals)給出的無(wú)窮級(jí)數(shù)(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...

題一:使用比較判別法(comparison test)來(lái)證明調(diào)和級(jí)數(shù)發(fā)散。

題二:使用積分判別法(integral test)來(lái)證明調(diào)和級(jí)數(shù)發(fā)散。

【題解】

題一: 比較判別法

把調(diào)和級(jí)數(shù)中的項(xiàng)分組成:

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...

上面分組的每個(gè)括號(hào)總是大于 %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...

由此可見(jiàn)

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


題二: 積分判別法

%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


【歷史縱橫】

題一的方法(比較判別法)是中世紀(jì)法國(guó)神學(xué)家、哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家尼克爾·奧雷斯姆(Nicole Oresme,約公元 1325年 - 1382年)的證明。



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