裂項和

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裂项求和(Telescoping sum)是一個非正式的用語,指一種用來計算級數的技巧:每項可以分拆,令上一項和下一項的某部分互相抵消,剩下頭尾的項需要計算,從而求得級數和。

i=1n(aiai+1)=(a1a2)+(a2a3)++(anan+1)=a1an+1.

裂項積(Telescoping product)也是差不多的概念:

i=1naiai+1=a1an+1

可以用來裂项求和的數學式

1a(a+b)=1b(1a1a+b)

ak=1a1(ak+1ak)

coskx=12sinx2[sin(k+12)xsin(k12)x]

sinkx=12sinx2[cos(k12)xcos(k+12)x]三角恒等式[1]

Ckn=Ckn1+Ck1n1帕斯卡法則

1Ckn=n+1n+2(1Ckn+1+1Ck+1n+1)[2]

求和类型

一般求和

若有ak=bkbk+1,则k=mnak=bmbn+1

112+123+134++1n(n+1)=k=1n1k(k+1)=k=1n(1k1k+1)=(1112)+(1213)+(1314)++(1n1n+1)=11n+1

交错求和

若有ak=bk+bk+1,则k=mn(1)kak=(1)mbm+(1)n+1bn+1

k=12n(1)k1C2nk=2n+12n+2k=12n(1)k1(1C2n+1k+1C2n+1k+1)=2n+12n+2[1C2n+11+(1)2n1C2n+12n+1]=2n+12n+2(2n2n+1)=nn+1

誤用

0=n=10=n=1(11)=1+n=1(1+1)=1

這是錯誤的。將每項重組的方法只適用於獨立的項趨近0。

防止這種錯誤,可以先求首N項的值,然後取N趨近無限的值。

n=1N1n(n+1)=n=1N1n1n+1
=(112)+(1213)++(1N1N+1)
=1+(12+12)+(13+13)++(1N+1N)1N+1
=11N+11 as N.

例子:三角函數

n=1Nsin(n)=n=1N12csc(12)[2sin(12)sin(n)]
=12csc(12)n=1N[cos(2n12)cos(2n+12)]
=12csc(12)[cos(12)cos(2N+12)]

參考資料

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外部連結