calculus

级数(无穷和)

级数是一个数列的和——可以是有限的,也可以是无穷的。一个无穷级数能否加总为一个有限数,由收敛判别法决定。

级数是一个数列各项的和。有限级数 i=1nai=a1+a2++an\sum_{i=1}^n a_i = a_1 + a_2 + \cdots + a_n 就是普通的加法。无穷级数 i=1ai\sum_{i=1}^\infty a_i 是当 nn \to \infty 时部分和 Sn=i=1naiS_n = \sum_{i=1}^n a_i 的极限。

limnSn\lim_{n\to\infty} S_n 存在且有限,则级数收敛;否则发散。著名的例子:

  • 几何级数 rn\sum r^nr<1|r| < 1 时收敛于 11r\frac{1}{1-r}
  • 调和级数 1n\sum \frac{1}{n} 会(缓慢地)发散。
  • 巴塞尔问题:1n2=π26\sum \frac{1}{n^2} = \frac{\pi^2}{6}

收敛性由各种判别法判定:比值判别法、根值判别法、积分判别法、比较判别法、交错级数判别法。泰勒级数用任意高次的多项式逼近函数——这是数值分析与物理近似的基础。

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