calculus

Series (Infinite Sum)

A series is the sum of a sequence — finite or infinite. Whether an infinite series adds up to a finite number is determined by convergence tests.

級數是一個數列各項的和。有限級數 ∑i=1nai=a1+a2+⋯+an\sum_{i=1}^n a_i = a_1 + a_2 + \cdots + a_n 只是普通的加法。無窮級數 ∑i=1∞ai\sum_{i=1}^\infty a_i 是當 n→∞n \to \infty 時部分和 Sn=∑i=1naiS_n = \sum_{i=1}^n a_i 的極限。

若 lim⁡n→∞Sn\lim_{n\to\infty} S_n 存在且有限,則級數收斂;否則發散。著名例子:

  • 幾何級數 ∑rn\sum r^n 當 ∣r∣<1|r| < 1 時收斂於 11−r\frac{1}{1-r}。
  • 調和級數 ∑1n\sum \frac{1}{n} 會(緩慢地)發散。
  • 巴塞爾問題:∑1n2=π26\sum \frac{1}{n^2} = \frac{\pi^2}{6}。

收斂性由各種審斂法判定:比值審斂法、根值審斂法、積分審斂法、比較審斂法、交錯級數審斂法。泰勒級數以任意高次的多項式逼近函數——是數值分析與物理近似的基礎。

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