有趣的正整數倒數和

2021-02-14 高考數學左老師

問題源起

正整數倒數的前n項和形式是這樣的.


數學家和廣大的數學愛好者憑著過往積累的自信,認為應該也能推導出一個公式來計算上式,這個自信來自於下面的事實.

我們能求正整數的前n項和.


我們能求正整數平方的前n項和.


我們能求正整數立方的前n項和.


可是,幾百年的實踐至今,我們依然找不到合適的公式去計算從1開始的連續的正整數的倒數和.

近似估計


正整數的倒數數列也稱為調和數列.這個無窮數列的和是發散的.

但並不說,數列發散就沒有求和公式.比如,正整數數列也是發散的,但顯然有求和公式;首項大於0、公比大於1的等比數列也是發散的,但也有求和公式.

不管怎樣,這個調和數列目前就是沒有找到合適的求和公式.我們只能嘗試去估計它的範圍.

當n很大的時候,我們能夠用下面的公式去估計它.


但是,在我們目前學到的初等數學中,如何處理這類求和問題呢?

基本的思想就是,通過適當地放縮,放縮為能夠求和的形式,最後研究這個和式的範圍.

用函數不等式實現放縮

能夠用於放縮的不等式有


然後採用賦值的方法朝正整數的倒數和靠近.


以上是朝小的方法去放縮,如果我們希望朝大的方向去放縮呢?



總結,用放縮法得出正整數前n項倒數和的範圍是

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推薦閱讀:y=1是不是冪函數?

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