欧拉常数如何证明

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问题描述:

欧拉常数证明级数收敛

推荐答案

2023-10-23 20:28:14

欧拉常数是自然对数级数的极限,可以用下面的公式定义:

γ = lim(n→∞) [1 + 1/2 + 1/3 + ... + 1 - ln(n)]

证明欧拉常数的方法有很多种,下面介绍其中一种较为简单的证明方法:

1. 首先证明级数1 + 1/2 + 1/3 + ... + 1 - ln(n)收敛。这可以使用柯西收敛准则来证明,即证明级数的部分和数列是单调递增有上界的。具体证明过程请参考柯西收敛准则的相关知识。

2. 接下来证明级数的极限存在。我们可以利用级数的柯西收敛准则和夹逼定理来证明,具体证明过程如下:

设Sn = 1 + 1/2 + 1/3 + ... + 1 - ln(n),则对于任意正整数m > n,有:

Sm - Sn = (1+1 + 1+2 + ... + 1/m) - ln(m) + ln(n)

根据调和级数的性质,有:

1+1 + 1+2 + ... + 1/m < ln(m) - ln(n)

因此:

0 < Sm - Sn < ln(m)

当n趋近于无穷大时,ln(m)趋近于0,由夹逼定理可知Sn收敛。

3. 最后证明级数的极限就是欧拉常数γ。这可以利用斯特林公式来证明,具体证明过程如下:

斯特林公式表示n!的近似值为(n/e)^n * sqrt(2πn),即:

n! ≈ (n/e)^n * sqrt(2πn)

两边取对数,得到:

ln(n!) ≈ n*ln(n) - n + 1/2*ln(2πn)

将n!拆分成n个项的乘积,得到:

n! = 1 * 2 * 3 * ... * n

ln(n!) = ln(1) + ln(2) + ln(3) + ... + ln(n)

因此:

ln(n!) = (1 + 1/2 + 1/3 + ... + 1) * n - ln(n) + O(1)

其中O(1)表示一个小量,随着n的增大而趋于0。

当n趋近于无穷大时,O(1)趋近于0,因此:

γ = lim(n→∞) [1 + 1/2 + 1/3 + ... + 1 - ln(n)]

= lim(n→∞) [ln(n!) - n + 1]

= 0 + 1

= 1

因此,欧拉常数的值为1。

其他答案

2023-10-23 20:28:14

欧拉常数可以通过级数方法证明。具体地,对于级数1/1 + 1/2 + 1/3 + … + 1 - ln(n)求极限,可以得到欧拉常数的定义。然而,要证明这个级数确实收敛到欧拉常数,需要使用一些复杂的数学技巧,比如逼近定理和调和函数的性质。最终,通过这些技巧,我们可以确信欧拉常数的存在并得到其精确值。

其他答案

2023-10-23 20:28:14

(1)由 x>ln(1+x)(x≠ 0)得,1>ln(1+1).

令 x=-1/(1+y) 得,ln(1+1/y)>1/(y+1).

(2)Sn=1+1/2+1/3+……+1

>ln(1+1)+ln(1+1/2)+ln(1+1/3)+……+ln(1+1)

=ln(n+1)

故(n→∞)Sn>(n→∞)ln(n+1)=∞(发散)

Sn=1+1/2+1/3+……+1

<1+ln(1+1)+ln(1+1/2)+……+ln[1+/(n-1)]

=1+ln(n)

(3)Pn=(n→∞)[(1+1/2+1/3+……+1-ln(n)]

>(n→∞)[ln(1+1)]=0(有下界)

(4)Pn=(n→∞)[(1+1/2+1/3+……+1-ln(n)<1

(5)Pn-Pn+1=ln(1+1)-1/(n+1)>0.(单调递减)

(6)由单调有界数列极限定理得(n→∞)Pn=欧拉常数c.

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