數學的奧秘:萊布尼茲級數的連分式是什麼,你見過嗎?

2021-01-18 電子通信和數學

有關π的連分式我們根據一般方法很容易就可以寫出來,它像√2一樣的簡單

這個式子我們可以聯想到萊布尼茲級數π/4,那麼π/4的連分式是什麼樣式的呢

你會發現許多能寫出連分式的數必定大於1,也就是分子大於分母,這樣連分式的首位始終有一個整數,那麼對於萊布尼茲級數π/4的連分式明顯是4/π轉換而來,

今天我們要做的就是用萊布尼茲級數得到4/π的連分式,這不同於上述一般純計算的方法,這需要一定的數學技巧,它會得到和一般方法相同的結果

首先我們將4/π作一個輕微的轉換,減去1,這樣我們就可以帶入萊布尼茲級數了

所以左邊就是如下樣式

我們帶入萊布尼茲級數

上述的等號左邊就等於

上述的式子我們很難繼續下去,所以需要一定的數學技巧,我們引入如下紅色和藍色部分的式子

我們由此得到了如下更為容易計算的結論

分子分母同時除以分子

就得到第一個連分式的項

你會發現這個連分式和我們開始的時的分式很像,只不過去除了各自的首項1和1/3,

這就告訴我們,可以引用上面同樣的原理進行轉換,在此我們引入3/3

由此得到了如下的式子,

由此分式中的兩個無窮級數就變成了我們文章開頭的樣子,式子也變得更加簡單

同樣引入紅色和藍色部分的級數形式

提出公因子2和5

約去級數1/5-1/7+1/9.......

我們繼續同樣的步驟

就得到4/π的連分式形式,這和開篇中用一般的純計算方法是一樣的

4/π的的倒數就是萊布尼茲級數π/4的連分式

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