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:
- 令b = a则:
- 令b = a + 1则:
- 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
- 由可以得到:
- 由可以得到:
- 由可以得到:
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,,当和都有限时,
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,那么存在实数和使得