打字猴:1.70100103e+09
1701001030
1701001031 让我们打破常规,以一种创造性思维去理解1 + 2 + 4 + 8 + 16 + …的意义。我们在本书第4章讨论过,每一个正整数都可以表示成2的幂次方之和的唯一形式,这是计算机采用的二进制的基础。每个整数都是有限个2的幂次方之和。比如,106 = 2 + 8 + 32 + 64中包含4个2的幂次方。现在,我们假设无穷大的整数也可以表示成这种形式,其中2的幂次方的个数可以根据需要,想用多少个就用多少个。那么,无穷大的整数就会具有以下这种典型的表现形式:
1701001032
1701001033 1 + 2 + 8 + 16 + 64 + 256 + 2 048 + …
1701001034
1701001035 其中,2的幂次方连续不断地出现。我们不清楚这些数字有什么含义,但我们可以建立高度一致的运算规则。比如,只要我们确定一种自然的进位方式,就可以对这些数字进行加法运算。比如,在上面这个无穷级数的基础上加上106的2的幂次方表达式,就会得到:
1701001036
1701001037
1701001038
1701001039
1701001040 其中,2 + 2得4;接下来,8 + 8得16,它与后面的16相加得32,32又与后面一个32相加得64;两个64相加得128,而从256往后的所有项都保持不变。现在,我们给“最大”的无穷大整数加上1:
1701001041
1701001042
1701001043
1701001044
1701001045 在这种情况下会发生一连串的如上所述的加法运算,而横线下面看不到一个2的幂次方。也就是说,和可以视为0。既然(1 + 2 + 4 + 8 + 16 + …) + 1 = 0,那么在等式两边同时减去1,就会发现这个无穷级数的和似乎真的等于 –1。
1701001046
1701001047 下面这个匪夷所思的无穷级数求和是我的最爱:
1701001048
1701001049
1701001050 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + … =
1701001051
1701001052 在证明有穷等比数列和的时候,我们在第二种证法里使用了代数的移项法。现在,我们用同样的方法来“证明”上式。这种方法适用于有穷级数求和,如果应用于无穷级数求和,就可能导致荒谬的结果。我们先用代数的移项法来解释前文中的一个恒等式。我们按下列方式把这个等式写两遍,但在写第二遍时每项向后移动一个位置:
1701001053
1701001054 S= 1 – 1 + 1 – 1 + 1 – 1 + …
1701001055
1701001056 S= – 1 – 1 + 1 – 1 + 1 – …
1701001057
1701001058 将两个等式相加,可以得到:
1701001059
1701001060 2S= 1
1701001061
1701001062 因此,S= 1/2。这跟我们在前文中令x= –1时根据等比数列公式得到的结果一致。
1701001063
1701001064 延伸阅读
1701001065
1701001066 利用代数移项法,我们可以轻而易举地证明等比数列公式,不过证明过程不太严谨。
1701001067
1701001068 S= 1 +x+x2+x3+x4+x5+ …
1701001069
1701001070 xS=x+x2+x3+x4+x5+ …
1701001071
1701001072 两式相减,就会得到:
1701001073
1701001074 S(1 –x) = 1
1701001075
1701001076
1701001077 S=
1701001078
1701001079 如果把我们最渴望知道答案的无穷级数求和问题变成一个正负项交错排列的形式,就会得出一个非常有趣的答案:
[ 上一页 ]  [ :1.70100103e+09 ]  [ 下一页 ]