最好能給出柯西收斂原理、數列單調性等多種證明方法。


用高中常用的不等式即可

故有

而容易知道右邊是是收斂的


對於一個數列 [公式][公式] ),如果 [公式] 恆成立

那麼 [公式] 會和 [公式] 同斂散

這是這麼證明的:

我們知道對於 [公式][公式]

所以有

[公式]

這說明

[公式]

同時,將

[公式] 逐項將括弧乘開,由數學歸納法,很容易得

[公式]

從而

假如數列 [公式] 有極限(表記為級數 [公式] 的和)

那麼由單調有界定理,單調增數列

[公式]

同樣存在極限,從而 [公式] 收斂

同樣,如果 [公式] 收斂

則單調增數列 [公式] 也收斂,級數 [公式] 收斂


此處實際上用比較判別法的極限形式更直觀一些

(當然比較判別法本身就是由數列的單調有界收斂定理推導得來的)

[公式] 時,顯然 [公式][公式] 都是發散的,不多談

[公式] 時,顯然有

[公式]

由比較判別法可得,

級數 [公式][公式] 同斂散


回到這題,實際上

由於 [公式][公式] 同斂散

我們又知道 [公式]

所以前者當然收斂

關於 [公式] 這個結論,那證明方法太多了,可見:

如何證明 1+1/4+1/9+1/16+1/25+…=π2/6??

www.zhihu.com圖標

事實上這個數列的極限是可以有精確值的:

首先由 [公式] 的連乘展開:

[公式]

變數替換後得:

[公式]

代入 [公式] 得:

[公式]

由歐拉公式易知:

[公式] 其中 [公式]

於是,

[公式]

即:

[公式]


那我就來一個推廣的公式吧(證明在文末):

[公式]

[公式] 時,有:

[公式]

它是我最喜歡的公式之一。

這公式一出,可以解決一大堆無窮乘積的問題。

在計算過程中,我們還需這兩個常用公式:

[公式]

[公式]

下面開啟開掛模式

[公式]

[公式]

[公式]

[公式]

……


現在證明這個公式。

Weierstrass公式

[公式]

可得:

[公式]

[公式]

[公式] 分別換成 [公式] 帶入 [公式] 式,換成 [公式] 帶入 [公式] ,然後相乘可得:

[公式]


由於無窮乘積 [公式] 的斂散性等同於無窮級數 [公式] 的斂散性,於是取 [公式] 我們知道 [公式] 是收斂的,所以 [公式] 也是收斂的。

事實上,由此還可以將結論推廣為: [公式][公式] 時收斂,在 [公式] 時發散,這隻需要注意相應級數 [公式] 的斂散性就夠了。

至於求值,只需要注意以下展開式 [公式] 並將 [公式] 代入,馬上就可得到

[公式]


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