1 + 2 + 3 + 4 + …

✍ dations ◷ 2025-04-02 18:06:50 #发散级数,级数

无穷级数中1 + 2 + 3 + 4 + …为所有自然数的和,是一个发散级数,其数学式也写作 n = 1 n {displaystyle sum _{n=1}^{infty }n} 项的部分和即是三角形数:

尽管这个级数的和第一眼看起来不会有任何有意义的值,透过黎曼ζ函数正规化(英语:Zeta function regularization)与拉马努金求和等方法可产生一有限值 1 12 {displaystyle -{frac {1}{12}}} 加到 的和是 n ( n + 1 ) 2 {displaystyle {frac {n(n+1)}{2}}} 的实部大于 1, 次方的黎曼ζ函数等于求和 n = 1 n s {displaystyle sum _{n=1}^{infty }{n^{-s}}} 的实部小于或等于 1 时和式发散,但当 = −1 时 由 ζ(s) 的解析延拓给出 ζ(−1) 为 1 12 {displaystyle -{frac {1}{12}}}

1 + 2 + 3 + 4 + … 的和不存在,但拉马努金另外给其定义,其拉马努金和为 1 12 {displaystyle -{frac {1}{12}}}

在玻色弦理论中,我们想算出一个弦的可能的能量级,特别是最低能量级。非正式地说,每一个弦的谐波可以视为一组 D {displaystyle D} 无关量子谐振子,这里 D {displaystyle D} 是时空的维数。如果基本振子频率是 ω {displaystyle omega } 则一个振子对 n {displaystyle n} 级谐波的贡献是 n ω 2 {displaystyle {frac {nhbar omega }{2}}} 。所以利用发散级数我们发现在所有谐波上求和是 ω ( D 2 ) 24 {displaystyle -{frac {hbar omega (D-2)}{24}}} 。最后这确实是正确的,与Goddard–Thorn theorem(英语:no-ghost theorem)一起,导致波色弦理论在维数不为 26 时是不一致的。

一个类似的计算是计算卡西米尔力。

在拉马努金写给戈弗雷·哈罗德·哈代的第二封信中(日期为1913年2月27日):

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