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数学女孩 作者:结城浩 近现代)

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8.6 在教室中研究调和函数

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章节插图ζ函数的定义式)

“也就是说,ζ(1) 朝正的无穷大发散。”

“那么,你看看这个问题该怎么做吧。在离散函数的世界里寻找‘指数函数的反函数’——也就是寻找对数函数。”她说。

不知道为什么,我觉得松了口气,说起了向泰朵拉展示过的证明过程。就是利用“假设m是大于等于 0 的正数,则章节插图成立”这一点所做的证明。

于是,米尔嘉拿起一支粉笔,开始在黑板上写起来。

米尔嘉接着写数学公式。

写到这里,米尔嘉闭上眼睛,手指划起了字母 L 状,像是在指挥一样,接着又睁开了眼睛。

“嗨,你还记得我们曾在离散函数的世界里寻找指数函数吗?”她说。

“这个是ζ函数ζ(s) 的定义。是黎曼的ζ函数。”

章节插图(调和级数的定义式)

“嗯,我记得啊。”好像是建立了差分方程式,然后求得解的。

章节插图(调和级数和调和数的关系)

“嗯……”米尔嘉似乎觉得这个也太难于口头表达了。

章节插图

放学后的教室中,我向正沉默着准备回家的米尔嘉招呼了一声:“喂,米尔嘉,上一次,我因为自己在发呆,没有听清你说的话,嗯……真是对不起。关于昨天的ζ(1) 的话题,我对于ζ函数不是很了解,能不能给我说说关于ζ(1) 朝着正的无穷大发散的问题?”

“好了,那么我先回家了哦。你慢慢思考吧。”米尔嘉说。

米尔嘉没有理会我的话,继续往下说:“下面的部分和Hn称为调和数。”

村木老师给我和米尔嘉出的课题原来是相同的啊? H 原来就是 Harmonic 的首字母啊?

ζ函数、调和级数、调和数

章节插图ζ函数的定义式)

章节插图(调和级数的定义式)

章节插图(调和数的定义式)

章节插图

章节插图(调和数的定义式)

章节插图

问题 8-3

请定义与连续函数世界里的对数函数章节插图相对应的离散函数世界里的函数L(x)。

章节插图

“换句话说,ζ函数中s= 1 时的式子和调和级数章节插图是等价的。”她说。

“调和数Hnn趋向于无穷大时,朝正的无穷大发散。”

“对对对。你所做的证明和 14 世纪奥里斯姆做证明时使用的方法相同哦。”米尔嘉说。

“也就是说,n趋向于无穷大的时候,调和数Hn也就趋向于调和级数章节插图了。”米尔嘉说。

“为什么说调和级数朝着正的无穷大发散呢?是因为……”说到这里,米尔嘉才斜眼看了我一下,这是她今天第一次看我,然后就咧开嘴笑了,和以往的米尔嘉一样。

教室里回响着米尔嘉用粉笔写字的声音。

“噢,这样啊。那么,我和泰朵——我思考过的无穷级数章节插图是和ζ(1) 相同的吧。”我说。

米尔嘉擦了擦沾有粉笔灰的手指,就朝教室门口走去。走到门口又回头说:“我事先提醒你哦,你的弱点是不肯画图。仅仅反复玩弄公式并不是数学。”

“换句话说,调和级数朝正的无穷大发散。”

ζ(s) 使用了无穷级数的形式来定义。这里,当s= 1 的时候,就是调和级数了。也可以用 Harmonic Series 的首字母 H,写成章节插图的形式。”她说。

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