腦洞級數學題:P級數求和以及其組成的數列求和

P級數

形如

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式中P、n均為正整數。其中當p=1時,公式如下,成為調和級數。

腦洞級數學題:P級數求和以及其組成的數列求和

調和級數求和我們已經知曉,

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式中 γ為 歐拉常數。

P級數數列

現有一P級數構成的數列,如下

腦洞級數學題:P級數求和以及其組成的數列求和

那麼求前p項和為多少?

猛一看這道題真的很難討論,因為p為偶數時,ap趨向於固定值。公式如下

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對任意的正偶數2n, 有

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其中, B2n指的 是第 2n個伯努利數。

當p為奇數時,一般用黎曼函數表示ζ(p)。但對於任意值p,有

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那麼上述由p級數組成的數列,求和就變得撲簌迷離了。

不管他,我們先看一下自然數倒數之間的級數關係。

自然數倒數之間的級數關係表達式

腦洞級數學題:P級數求和以及其組成的數列求和

對於任意兩個相鄰的自然數倒數

腦洞級數學題:P級數求和以及其組成的數列求和

更一般地,對於任意兩個自然數x與x+a。它們之間倒數存在如下關係:

腦洞級數學題:P級數求和以及其組成的數列求和

有了上述關係,無疑給p級數求和提供了一個縱向參考,接下來我們研究一下p級數數列求和。

P級數數列求和

由P級數構成的數列如下

腦洞級數學題:P級數求和以及其組成的數列求和

那麼P級數數列求和如下

腦洞級數學題:P級數求和以及其組成的數列求和

當P、n的值足夠大,接近於無窮大時。根據自然數倒數之間的級數關係,可以得到以下近似關係式。

腦洞級數學題:P級數求和以及其組成的數列求和

從以上推理不難看出,看似複雜的由P級數組成的數列求和,最後化繁為簡。其近似結果趨向於p+a1,其中調和級數a1=ln(n+1)+γ

到這裡推理就結束了,謝謝觀看。有啥想法,歡迎評論區留言。覺得推理精彩,歡迎隨手轉發。有啥問題,也歡迎評論區提問。

再次感謝大家,祝你們幸福快樂每一天!


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