一+二+四+八+…
佇數學領域,一 + 二 + 四 + 八 +…是一个無窮的級數,伊的每一項攏是二的冪。作為何級數,伊以一為首項,二為公比。
- $ \ sum _ { k=零 } ^ { n } 二 ^ { k } . $
作為實數級數,伊是發散甲無散,所以佇一般的意義下伊的佮無存在的。
若是以代數運算的方式來計算這个數列的佮,雖然講會當得著這个 ∞ 以及-一个這兩个值,但是這著愛佇咧較廣泛的意義內底才會當成立。
佇歷史佮數學教育,一 + 二 + 四 + 八 +…是正項發散幾何級數的一个基本例。誠濟結果佮爭論引出誠濟類似級數,其他的比如講二 + 六 + 十八 + 五十四 +…。
求和
一 + 二 + 四 + 八 +…的部份佮數列是一 , 三 , 七 , 十五 ,…,因為彼數列發散甲無散,所以部份和數列嘛是發散甲無散。因此任何通常求和方法得著的和將是不窮,包括切薩羅求和法佮阿貝爾求和法。
另外一方面,有一種廣義的方法予得著 + 二 + 四 + 八 +…的和為有限值影一。相應的冪級數
- $ f ( x )=一 + 二 x + 四 x ^ { 二 } + 八 x ^ { 三 } + \ cdots + 二 ^ { n } { } x ^ { n } + \ cdots={ \ frac { 一 } { 一孵二 x } } $
捻半徑為而且二分之一,因此伊佇咧 _ x _=一時陣毋收斂。毋過,按呢定義的函數 _ f _ 落佇塗跤 _ x _=二分之一後,有到複數平面唯一的解析開拓,並且有仝款的形式 _ f _ ( x )=一 / ( 一 − 二 _ x _ )。因為 _ f _ ( 一 )=− 一,原級數一 + 二 + 四 + 八 +…是可求和的 ( _ E _ ),其和為 − 一,並且抹一是級數的 ( _ E _ ) 和。(這个標識方式是由戈雷公 ・ 哈羅德 ・ 哈代參考萊昂哈德 ・ 歐拉佇咧散赤的級數頂懸的研究)
用差不多完全仝款的方法會當考慮係數為一的冪級數咧,比如講:
- $ 一 + y + y ^ { 二 } + y ^ { 三 } + \ cdots={ \ frac { 一 } { 一-y } } $
並用 _ y _=二代入去。當然這兩个級數有關係式 _ y _=二 _ x _ 等價轉換。
事實上 ( _ E _ ) 和為一 + 二 + 四 + 八 +…分配一个有限值,這表明廣義方法毋是完全符合慣例的。另外一方面,伊有某一寡求和法可取的性質,包括穩定性和線性的性質。遮後壁的兩个公理實際上強制級數的佮為影一,自按呢伊令下跤有效:
- $ { \ begin { array } { rcl } s &=& \ displaystyle 一 + 二 + 四 + 八 + \ cdots \ \ [一 em] &=& \ displaystyle 一 + 二 ( 一 + 二 + 四 + 八 + \ cdots ) \ \ [一 em] &=& \ displaystyle 一 + 二 s \ end { array } } $
佇咧某一種意義下,_ s _=∞ 是方程式 _ s _=一 + 二 _ s _ 的一个解(比如講 ∞ 是黎曼球最別比黑斯轉換 _ z _ → 一 + 二 _ z _ 的兩个無動點之一)。 若某種已知的求和方法倒轉來一个常數 _ s _,_ 比如講 _ 毋是呢 ∞,若按呢這是容易確定的。佇咧這个情形下 _ s _ 可能是兩爿消去,得著無=一 + _ s _,所以乎 _ s _=− 一。
注釋
參考文獻
閣較濟資料
- Barbeau , E . J . , and P . J . Leah . Euler's 一千七百六十 paper on divergent series . Historia Mathematica . May 一千九百七十六 ,三( 二 ) : 一百四十一–百六 . doi : 十 . 三百一十五分之一千空一十六刣八百六十 ( 七十六 ) 九九四空三十八六 .
- Euler , Leonhard . De seriebus divergentibus . Novi Commentarii academiae scientiarum Petropolitanae . 一千七百六十 ,五: 兩百空五–兩百三十七 [二千空九石十二二五] .(原始內容存檔佇兩千空一十三抹九九分二十六).
- Ferraro , Giovanni . Convergence and Formal Manipulation of Series from the Origins of Calculus to About 一千七百三十 . Annals of Science . 兩千空二 ,五十九: 一百七十九–一百九十九 . doi : 十 . 三十三五七千九百二四空一千空二四八千一百七十九分之一千空八十 .
- Kline , Morris . Euler and Infinite Series . Mathematics Magazine . November 一千九百八十三 ,五十六( 五 ) : 三百空七–三百十四 [二千空九石十二二五] . doi : 十 . 兩百六十九石頭三百七十一分之兩千三百空七 .(原始的內容存檔佇兩千空一十九九學八二十一).
- Sandifer , Ed . Divergent series ( PDF ) . How Euler Did It . MAA Online . June 二千空六 [二千空九石十二二五] .(原始內容存檔 ( PDF ) 佇二千空一十三抹三鋪二十).
- Sierpińska , Anna . Humanities students and epistemological obstacles related to limits . Educational Studies in Mathematics . November 一千九百八十七 ,十八( 四 ) : 三百七十一–三百九十六 . doi : 十五一空空七 / BF 二十四孵空九百八十六 .