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無窮的歐拉級數(shù)中存在著“驚人”的數(shù)學魅力

 昵稱32353910 2019-02-26

歐拉起初的驚人之舉是給出了平方數(shù)的倒數(shù)和等于π^2/6,與歐拉同時代的數(shù)學家都沒能解決這個問題,所以歐拉在1734年給出這一結(jié)論時,曾引起轟動。因整個數(shù)列中沒有圓的蹤跡,結(jié)果卻出現(xiàn)了π,也很讓這個結(jié)果吸引眼球。

無窮的歐拉級數(shù)中存在著“驚人”的數(shù)學魅力

現(xiàn)在就來探討這個級數(shù)鮮為人知的數(shù)學魅力。

首先在不知情的情況下探討這個無窮級數(shù)是否會收斂呢?

變形:將每個數(shù)寫成兩個乘積形式然后向后移一項,如下藍色部分

無窮的歐拉級數(shù)中存在著“驚人”的數(shù)學魅力

發(fā)現(xiàn):綠色部分是一樣的,藍色部分上面比下面的小

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綜合得出:紅色部分的級數(shù)要比歐拉級數(shù)的和要大

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聰明的你會看出:兩個數(shù)乘積等于兩個數(shù)之差

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無窮的歐拉級數(shù)中存在著“驚人”的數(shù)學魅力

整理:

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得到:

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所以最終得到無窮級數(shù)的和:

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所以歐拉級數(shù)是收斂的:

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熱身結(jié)束了,我們怎么來證明歐拉級數(shù)準確數(shù)值呢

首先sinX=0是個三角函數(shù)方程,那么X解肯定有無窮多個,可以寫成:

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學過導數(shù)的話,對sinX求一次導數(shù),二次導數(shù):

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在X=0時得到b的值:

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以此類推不斷求導,我們就計算出了sinx方程的所有系數(shù)得到

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所有的函數(shù)都可以這樣來構(gòu)造成級數(shù)的形式,一次方程,二次曲線方程都可以。

歐拉從另外一種思路構(gòu)建sinX的多項式:

sinX方程的根是:

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-π到π之間含有sinX=0 方程的三個解: 0,π-π,其次用曲線來逼近正弦函數(shù),所以多了一個系數(shù)c,最終形式為:

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只要逼近曲線在sin函數(shù)所在的0點斜率相同,就能完全吻合:觀察不難得到C值:

無窮的歐拉級數(shù)中存在著“驚人”的數(shù)學魅力

整理得到

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以此類推得到以根的形式表示sinX的多項式

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那么sinX有兩種表達式的形式,而且是相等的

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我們將根的多項式一項一項乘下去發(fā)現(xiàn):

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得到:

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這就是歐拉級數(shù)的原理

比較X^5的系數(shù)你就會得到:

無窮的歐拉級數(shù)中存在著“驚人”的數(shù)學魅力

繼續(xù)觀察就會得到著名的沃利斯級數(shù):

無窮的歐拉級數(shù)中存在著“驚人”的數(shù)學魅力
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沃利斯級數(shù)中:分子是全體偶數(shù)平方的乘積,分母是全體奇數(shù)平方的乘積,所以非常神奇。

這都是歐拉級數(shù)原理中所展現(xiàn)出來的數(shù)學魅力。

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