由牛頓二項式定理得到指數函數的無窮級數 - 電子通信和數學

2021-01-12 電子通信和數學

用現代的眼光看牛頓二項式定理簡單而美妙,但最初的數學家用它卻得到許多函數的無窮級數,這不但需要高超的數學技巧,更需要靈活的數學思維。本篇將要闡述的指數函數的無窮級數就是其中一例。

當a大於1時,a的冪隨a的增加而增加,當數ω是一個無窮小時,a^ω=1,所以我們可以將a的冪寫成如下的等式關係

當ψ不是無窮小時,ω就也不是無窮小,所以ψ和ω關係有三種:ψ=ω,ψ>ω,ψ<ω,所以我們可以假設ψ=Kω

我們繼續得到

根據二項式展開得到

令i=z/ω,其中z為有限數,ω是無窮小,則i就是無窮大,ω=z/i就是一個分母為無窮大的分數,將ω換成z/i,得到

其中K是一個確定的依賴於a的數,i是無窮大時有:

i大於任何給定的數值時,上式就等於1。類似地我們得到

等等,由此得到

我們帶入上式a^z的表達式得到:

該級數還表示了a與K之間的關係,如果令z=1得到

聰明你會一眼看出K=1時,a=e,

當a=10時,近似地有K=2.30258

如果設b=a^n,如果以a為底取對數,得到Logb=n,由b^z=a^nz,我們得到無窮級數

將n換成Logb,得到

K可由底a求得,可見任何一個指數函數b^z都可以表示成按z的冪排列的無窮級數,這裡的a可以是任何數值。

當K=1時,a=e,所以上式Logb就可以用Inb代替就得到

上述就是用初等數學中的牛頓二項式定理得到指數函數的無窮級數,可見牛頓二項式定理的無窮魅力。

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