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科学家找到验证办法,无穷大

来源:整理 时间:2022-04-04 22:03:40 编辑:华为40 手机版

如果s等于1,即前面的调和级数,级数和就是发散的,结果是无穷大。如果是无穷大,那些方法算出来的结果没有意义,这就如同要规定被减数必须大于减数一样。对于下面这个级数,即调和级数:Z=1/1+1/2+1/3+1/4+……无限地加下去,结果等于多少呢?看似它后面的各项越来越小,总和并不会收敛到一个有限的数,而是无穷大。

如何描述无穷大和无穷小?

如何描述无穷大和无穷小

这看似荒唐的结论,道出了数学和实验科学的区别。当时大家缺乏对数学一些背景知识的了解,因此无法讲得很透。这回我们学了很多数学的道理,能够讲得比较清楚了。在上面的问题中,首先涉及到数学上一个被称为“延拓”的概念。什么是延拓呢?比如我们过去做减法,2-3的结果就不是自然数了,因此最早人们只能规定,减法必须是大数减去小数,不能反过来。

但是,后来人们就在想,如果我维持减法的逻辑,能否扩展一下数的范围,看看在这样的逻辑下,得到什么结果呢?于是人们就拓展出负数,而且根据和大数减小数完全一样的逻辑,得到了-1这个结果。这就是将减法这种运算延拓到更大的定义空间。类似的,我们前面讲了,将-1的平方根定义为虚数i,也是对开方运算的“延拓”。注意,延拓的要求是计算的逻辑和原来完全相同。

你可以简单地把延拓理解为在想象的世界里,一次合乎逻辑的认知升级。上面那个问题,其实也涉及到级数(也就是数列相加)这个运算的延拓。我们在前面讲过,一个等比级数,如果比值小于1,它最终的和就是一个有限的数。但是对于下面这个级数,即调和级数:Z=1/1+1/2+1/3+1/4+……无限地加下去,结果等于多少呢?看似它后面的各项越来越小,但是总和并不会收敛到一个有限的数,而是无穷大。

以后,人们发现,各种计算级数的方法,能够使用的前提就是,最终加起来需要是一个有限的数。如果是无穷大,那些方法算出来的结果没有意义,这就如同要规定被减数必须大于减数一样。对于上面这一类调和级数,欧拉发现稍微作一点调整,它就会收敛,比如我们计算:欧拉发现,它是一个有限的数,恰巧等于圆周率π^2/6。再接下来,欧拉把这一类的级数再次推广,让级数中的每一项可以是任意的s次方。

即整数倒数的s次方之和,这里面s可以是任何数。这个函数后来被称为了黎曼Zeta函数(并没有用欧拉的名字命名),但是它通常的解法却被称为了欧拉乘积公式。欧拉发现只要s大于1,上面这个级数就是收敛的,存在有限的答案。如果s等于1,即前面的调和级数,级数和就是发散的,结果是无穷大。当然,如果s小于1,肯定更是发散的了,因为这时的数值比调和级数要大。

于是,按照我们一般的做法,就是为这种Zeta函数画一个有意义的定义域,即s必须大于1。但是欧拉作为历史上有名的大数学家是很有想象力的。欧拉就想了,如果让s变成了负数,然后还是用s

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