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每日一题281:调和级数发散性证明的21种思路与有趣应用实例

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调和级数(英语:Harmonic series)是一个发散的 无穷级数 。它 是级数中一种确定的,重要的级数。在解题中,调和级数作为一把“ 尺子 ”,在判别另外一个级数发散起着重要作用。关于调和级数的发散性,早在14世纪,尼克尔·奥里斯姆就已经证明了,但知道的人不多。17世纪时,皮耶特罗·曼戈里、约翰·伯努利和雅各布·伯努利完成了全部证明工作。本文共整理了21种关于调和级数发散证明的思路与方法,阅读时注意了解、掌握其中涉及的思想、方法、结论.

【注1】每日一题参考解答思路一般不仅仅是为了解题,而重在分享、拓展思路,更多重在基本知识点的理解、掌握与应用!参考解答一般仅提供一种思路上的参考,过程不一定是最简单的,或者最好的,并且有时候可能还有些许小错误!希望在对照完以后,不管是题目有问题,还是参考解答过程有问题,希望学友们能不吝指出!如果有更好的解题思路与过程,也欢迎通过后台或邮件以图片或Word文档形式发送给管理员,管理员将尽可能在第一时间推送和大家分享,谢谢 !

【注2】感谢学友高雨飞热心分享,欢迎更多学友分享好的学习资源、学习经验和大学生活经历

有趣应用问题实例:

问题是这样,现在要乘吉普车穿越沙漠,但中途并没有燃料补给,也不能在车里携带足以穿越沙漠的燃料。 目前你没有时间建立中途的补给站,但好消息是,手头有的是吉普车。 现在的问题是,如何使用最少的燃料穿越沙漠? 我们以一辆吉普车能行驶一箱油的距离所耗油量作计量单位。 如果两辆吉普车一起出发,则先一起走 1/3 箱油的距离,然后吉普车 B 将 1/3 箱油倒给吉普车 A,然后用剩下的 1/3 箱油返回原点。 此时,吉普车 A 行驶距离合计为 1+1/3 箱油。 如果三辆吉普车出发,则先一起走 1/5 箱油的距离,然后吉普车 C 分别给吉普车 A 和吉普车 B 倒入 1/5 箱油,此时吉普车 C 剩下 2/5 箱油,但吉普车 A,B 的油箱是满的,这就跟上一种情况相同。 当吉普车 B 返回到吉普车 C 所在处时,吉普车 B 已经没油了,但他们有足够的油一起回到原处。 此时,吉普车 A 行驶距离合计为 1+1/3+1/5 箱油。

同样地推理,四辆吉普车,可以行驶的最长距离为 1+1/3+1/5+1/7 箱油的距离,则只需 n 辆吉普车你就能穿越沙漠,沙漠的距离计为

在这里,我们有一个新的级数,它也是调和级数(每一项都是等差级数的倒数),当然也发散的

事实上,这个级数的收敛性 表明,通过使用这样转移油料大法,只要你有足够多的吉普车就可以穿过无穷大的沙漠!

参考文献:

[1] 同济大学. 高等数学(第七版)[M]. 高等教育出版社,2014

[2] 乐春红.关于调和级数的发散性的几种简单证明[J]. 楚雄师范学院学报,2009,24(12):34-37

[3] 张军学. 关于调和级数发散性的几种证明方法[J]. 西安教育学院学报,2001,16(3):31-32

[4] 李合新. 关于调和级数发散性的几种途径[J]. 工科数学,1991,7(3):156-159

[5] 百度百科.调和级数与欧拉常数

[6] 调和级数的多种证明[OL]:https:// wenku.baidu. com/ view/ c1ba3b3643323968011 c9251.html

更多证明过程与详细思路探讨可以参见以上列出的参考文献.分享转载请注明来源!

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