马斯克|调和级数——自然真理是如何隐藏在数字中的,永远不要相信直觉( 二 )
自然对数函数表示e的几次幂才能得到x的函数 。虽然对数函数的增长速度非常慢,需要超过10^434项才能达到1000 。但它确实是发散的 。
调和级数就像对数函数的一个的兄弟,只是把 "e "而不是 "10 "作为其指数 。另外,让数字 "10 "出现在这里比数字 "π "或 "e "更疯狂 。
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现在,有三个关于调和级数的奇怪事实 。
欧拉-马斯克若尼常数(The Euler-Mascheroni constant)
首先,看一下调和级数和对数函数的图像 。它们之间有一个差值,在无穷远处,这个差异会变成一个特定的数字 。
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这个数字是欧拉-马斯克若尼常数,它是0.5772156649....
这个数字是否是无理数甚至是超越数(超越数的意思是,它是否可以成为某个涉及x的幂的方程的解),这是数学中最悬而未决的谜团之一 。许多数学家认为,以我们目前的条件,永远也解决不了这个问题!
欧拉-马斯克若尼常数是一个相当不直观的数字,出现在许多结果中 。它似乎说明了自然数的“粒度”性,因为它们与实数的连续性相违背 。
目前还不清楚物理宇宙中一些更 "奇特 "的数字(例如精细结构常数)是否与之有某种关系,这可能会加重物理学家的负担,但对我来说,我宁愿希望它们有根本的联系 。
交变调和级数
关于调和数列的另一个奇怪的事实是交变调和级数 。
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相当奇怪的是,这个级数确实收敛(到ln 2) 。
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这可能不直观,但是,如果你重新排列这些级数项,实际上可以改变结果 。例如,如果改写:
为:
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并计算出这个级数,总和也会是原来的一半 。注意我们没有剔除任何一项,只是重新排列了它们 。
【马斯克|调和级数——自然真理是如何隐藏在数字中的,永远不要相信直觉】事实上,有可能以这样的方式重新排列交变调和级数,可以用它的无限之和来表示任何数字 。只是项的排列最终会对最后的结果产生影响 。
当涉及到无穷大时,不要相信你的直觉 。
缺失的数字
如果你“剔除”调和级数中出现的一些数字,就会发生一些意想不到的事情 。让我们来看看,如果我们剔除所有分母中含有 "3 "的数字会发生什么:
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我们剔除了1/3和1/13这两个项,因为它们的分母中有一个 "3" 。如果我们计算这个级数的值,会发现在这种情况下,这个级数确实收敛了 。
事实上,如果我们按照任何模式剔除数字(无论我们剔除的数字中含有 "4",还是含有 "5876846 "字符串的数字,任何模式),剔除足够多的数字,调和级数将不再发散到无穷大,而是很快收敛到非常小的数字 。
我希望你能好好想想这个问题:如果我们把所有分母中有“989078748629”的数字都去掉(不管你能想到什么数字),剔除足够多的项,级数将不再趋于无穷 。
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