卡在這題?用 AI 解開它
Calculus · real student question

計算 1/Γ(3/5) 乘上 n 從 1 到無窮大的 (1/10)^(8n/5 + 1) 除以 Γ(8n/5 + 1) 之和。

Question

計算 1Γ(35)∑n=1∞(110)85n+1Γ(85n+1)\frac{1}{\Gamma\left(\frac{3}{5}\right)}\sum_{n=1}^{\infty}\frac{\left(\frac{1}{10}\right)^{\frac{8}{5}n+1}}{\Gamma\left(\frac{8}{5}n+1\right)} 到六位有效數字。

Step-by-step solution

  1. 先認出這個級數的形狀。 一般項 zαn+1Γ(αn+1)\dfrac{z^{\alpha n+1}}{\Gamma(\alpha n+1)} 中 z=110z=\tfrac{1}{10}、α=85\alpha=\tfrac85,屬於 Mittag-Leffler 型的項。它沒有初等的封閉形式,所以實務上的做法是數值求和——而且因為 z<1z<1、Γ(αn+1)\Gamma(\alpha n+1) 又是超指數成長,真正有份量的只有寥寥幾項。

  2. 算出 n=1n=1 的項。 指數是 85(1)+1=2.6\tfrac85(1)+1=2.6,所以該項為 10−2.6Γ(2.6)=2.511886×10−31.4296246=1.757025×10−3\dfrac{10^{-2.6}}{\Gamma(2.6)}=\dfrac{2.511886\times10^{-3}}{1.4296246}=1.757025\times10^{-3}。

  3. 算出 n=2n=2 與 n=3n=3 的項。 n=2n=2 時指數是 4.24.2:10−4.2Γ(4.2)=6.309573×10−57.7566895=8.134364×10−6\dfrac{10^{-4.2}}{\Gamma(4.2)}=\dfrac{6.309573\times10^{-5}}{7.7566895}=8.134364\times10^{-6}。n=3n=3 時指數是 5.85.8:10−5.8Γ(5.8)=1.584893×10−685.621738=1.851041×10−8\dfrac{10^{-5.8}}{\Gamma(5.8)}=\dfrac{1.584893\times10^{-6}}{85.621738}=1.851041\times10^{-8}。

  4. 確認尾巴可以忽略。 n=4n=4 的項是 2.58×10−112.58\times10^{-11},n=5n=5 的項是 2.48×10−142.48\times10^{-14};每往後一項大約掉兩到三個數量級。因此在 n=3n=3 之後截斷,足以把和確定到遠優於六位有效數字: ∑n=1∞10−(1.6n+1)Γ(1.6n+1)=1.765178×10−3.\sum_{n=1}^{\infty}\frac{10^{-(1.6n+1)}}{\Gamma(1.6n+1)}=1.765178\times10^{-3}.

  5. 除以 Γ(3/5)\Gamma(3/5)。 代入 Γ(0.6)=1.4891922\Gamma(0.6)=1.4891922, 1.765178×10−31.4891922=1.185326×10−3.\frac{1.765178\times10^{-3}}{1.4891922}=1.185326\times10^{-3}.

  6. 寫出最終值。 整個式子到六位有效數字是 0.001185320.00118532;光是 n=1n=1 那一項就已經提供了其中的 99.5%。

Answer

1Γ(35)∑n=1∞(110)85n+1Γ(85n+1)≈0.00118533\frac{1}{\Gamma\left(\frac{3}{5}\right)}\sum_{n=1}^{\infty}\frac{\left(\frac{1}{10}\right)^{\frac{8}{5}n+1}}{\Gamma\left(\frac{8}{5}n+1\right)}\approx 0.00118533

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