欧拉常数——最神秘的数字,调和级数的产物,至今看不清它的面貌( 二 )


在这种情况下:
再一次归纳 , 我们得到:
结合以上两个结果 , 我们得到:
因此 , T_n是有界的 。
T_n是单调递减的?现在我们证明 , T_n是单调递减的 , 即:
证明——
回顾ln(x)的泰勒级数展开:
现在:
因此 , 我们可以使用上述泰勒级数展开 。 继续:
现在 , 观察一下:
这意味着第一项以及上述求和中的每项都是负数 。 由此证明:
因此 , T_n是单调递减的 。
现在 , 结合这两个事实:

  • T_n是有界的 。
  • T_n是单调递减的 。
并使用单调收敛定理 , 我们得到T_n确实收敛于一个固定的极限 。 也就是说 , γ(gamma)存在 。
给出γ一个更严格的下限?在上述基础上 , 我们可以自信地说:
但我们能不能再接近一些呢?
如果我们用梯形来代替矩形呢?
鉴于y=1/x的凸性 , 梯形所覆盖的面积比曲线要大 。
从上面可以看出:
再一次归纳 , 我们可以得到:
现在 , 由于:
因此 , 我们有:
因此 , 我们已经将γ的下限从0提高到1/2:
事实证明 , γ的值 , 精确到到小数点后5位是0.57721 , 与我们的下限相差不大 。
关于级数收敛的额外内容
这是一个辅助部分 , 在这里我们明确地证明一个已经在上使用过的结果 。
假设有两个级数:
那么 , 必须有:
证明:
首先 , 让我们回顾一下级数收敛的含义 。
现在 , 我们通过矛盾法构建一个证明:
【|欧拉常数——最神秘的数字,调和级数的产物,至今看不清它的面貌】
上面的最后一行意味着 , 对于n>N , a_n被限制在a_0的r邻域 , b_n被限制在b_0的r邻域 。
形象地讲:
上述情况表明:
因此我们得出了一个矛盾的结论 。 因此 , 我们的假设(a_0 < b_0)是错误的 。 因此 , a_0≥b_0 。

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