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具体数学笔记(3)-Sums(2)

2012年06月06日 ⁄ 综合 ⁄ 共 1374字 ⁄ 字号 评论关闭

这部分主要讲无限、有限积分以及无限和的求解,作者引入类似阶乘的符号,巧妙的运用与有限积分,利用它极大的简化了一些复杂的求和。对于无限和,则采用了和高等数学中不同的方式来描述。

2.6 Finite and infinite calculus

1、有限、无限积分及符号的引进

无限积分是基于求导符号D:

有限积分是基于差分符号 
    (2.42)

我们引入两个新的符号:

  • x to the m falling 
        (2.43) 
       (2.43)
  • x to the m rising: 
     
       (2.44)
那么易知其满足一下性质:
  •       (2.45)
  •  
        (2.46)
其中C是任意的函数p(x)满足p(x+1) = p(x)
  •  
        (2.47)
那么上式中的到底是什么意思呢·?我们可以通过一些特殊的上下限获得:
  1. 令b = a则:
  2. 令b = a + 1则:
  3. 令b增加1则:
通过上面分析观察以及数学归纳法,我们可以得到:
  •  
       (2.48)
分析b<a的情况我们可以得出对任意整数a,b,c:
  •  
        (2.49)
由2.45、2.48、2.48我们可以很容易的得到对于m,n大于等于0:
  •  
        (2.50)

2、根据2.50 应用求和

  1. 可以得到:
  2. 可以得到: 
  3. 可以得到:

3、扩展负数的情况

定义negative falling powers(m>0): 
    (2.51)

我们也可以得到类似指数的性质 
    (2.52)

那么对于2.50,m为负数的时候也是成立的,那么当m = -1时应该是什么呢?,那么不难得到,综上所述,我们可以得到:

  •  
        (2.53)

4、分步求和的情况

从分步积分得到启发,来探讨分布求和:

 
    (2.54)

我们令Ef(x) = f(x+1),那么可以得到积差分公式:

      (2.55)

部分和公式(两边都累加的无限和):

 
    (2.56)

我们将它应用于求和

最后求一个有关调和级数的例子
我们令,那么。那么:

最终我们可以得到:

 
    (2.57)

2.7 Infinite sums

1、非负定义:
infinite sum的定义必须小心,否则可能陷入自相矛盾的情形:假设我们令,那么,这样子最终会得到T=
-1,这明显有问题。
不难 发现一个比较合理的定义:对于常数A:对于所有的有限集都成立(K可以使无限集),那么我们定义是所有满足前面不等式中最小的,如果不存在这样的A,那么我们说。根据这个定义,对于非负项它的无限和可以这样子表示:

2、根据上面的定义,我们可以很容易计算一些无限和如

在考虑一个问题: 
    (2.58)
如果我们这么变化: 那么我们可以得到结果为1
如果我们将括号左移一位:我们同样得到1因为括号内的结果为:
当我们右移时:也是就 而(后面会证明),这就出现了不一致

3、正负情况的定义

任何实数都可以这样表示:,那么我们定义infinite
sum:
 
    (2.59)
如果2.59式右边两项都为无穷大,我们我们说无意义。令,当都有限时,
我们说绝对收敛(absolutely
convergent)
,当无穷大和有限时,
我们说发散到正无穷,反之,发散到负无穷。若无穷大和都无穷大,那么无解。同样道理,我们可以扩展到实数的情况。对于绝对收敛的和,其满足前面提到的distributive,associative,commutative
laws

4、绝对收敛和的计算顺序

正式的说:如果J和都是下标集合使得绝对收敛于A,那么存在实数使得

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