1 + 2 + 4 + 8 + ⋯
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수학(mathematics)에서, 1 + 2 + 4 + 8 + ⋯은 그것의 항이 연속적인 이의 거듭제곱(powers of two)인 무한 급수(infinite series)입니다. 기하 급수(geometric series)로서, 그것은 첫 번째 항, 1과 공통 비율(common ratio), 2에 의해 특성화됩니다. 실수(real number)의 급수로서, 그것은 무한대(infinity)로 발산(diverges)하므로, 보통의 의미에서 그것은 합을 가지지 않습니다. 훨씬 더 넓은 의미에서, 그 급수는 ∞ 이외의 또 다른 값, 즉 2-진수 메트릭을 사용하는 급수의 극한인 –1과 결합됩니다.
Summation
의 부분 합은 입니다; 이것들이 무한대로 발산하기 때문에 그 급수도 마찬가지입니다.
그러므로, 임의의 전체적으로 정규 합계 방법(totally regular summation method)은 체사로 합(Cesàro sum)과 아벨 합(Abel sum)을 포함하여 무한대의 합을 제공합니다.[1] 다른 한편으로, 를 −1의 유한 값으로 합하는 적어도 하나의 일반적으로 유용한 방법이 있습니다. 결합된 거듭제곱 급수(power series)는 오직 의 0 주위로 수렴의 반지름)radius of convergence)을 가지므로 그것은 에서 수렴하지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 그렇게-정의된 함수 는 삭제된 점 을 갖는 복소 평면(complex plane)에 대한 고유한 해석적 연속성(analytic continuation)을 가지고, 그것은 같은 규칙 에 의해 제공됩니다. 이기 때문에, 원래 급수 는 −1 합-가능 (E)이라고 말해지고, (E)은 그 급수의 (E) 합입니다. (표기법은 발산 급수에 대한 레온하르트 오일러(Leonhard Euler)의 접근 방식에 대한 참조에서 고드프리 해럴드 하디(G. H. Hardy)에 기인합니다.[2]
거의 동일한 접근 방식 (오일러 자신에 의해 취해진 방식)은 그것의 계수가 모두 1인 거듭제곱 급수를 고려하는 것입니다. 즉,
그리고 를 대입합니다. 이들 두 급수는 치환 에 의해 관련됩니다.
(E) 합계가 유한 값을 에 할당한다는 사실은 일반적인 방법이 전체적으로 정규가 아님을 보여줍니다. 다른 한편으로, 그것은 안정성과 선형성을 포함하여 합계 방법에 대해 몇 가지 다른 바람직한 속성을 가지고 있습니다. 이들 후자의 두 공리는 실제로 그 합을 −1로 강제하는데, 왜냐하면 그것들은 다음 조작을 유효하게 만들기 때문입니다:
유용한 의미에서, 는 방정식 의 근입니다. (예를 들어, 는 리만 구(Riemann sphere) 위에 뫼비우스 변환(Möbius transformation) 의 두 고정된 점(fixed point) 중 하나입니다). 만약 일부 합계 방법이 에 대해 보통의 숫자로 반환하는 것으로 알려져 있으면; 즉, 가 아니면, 그것은 쉽게 결정됩니다. 이 경우에서 는 방정식의 양쪽 변에서 빼질 수 있으며, 을 산출하므로, 입니다.[3]
위의 조작은 충분하게 강력한 합계 절차의 문맥 외부에서 −1을 생성하기 위해 호출될 수 있습니다. 기본 수렴 개념을 포함하여 가장 잘 알려져 있고 직접적인 합 개념에 대해, 양의 항의 급수가 음의 값을 가질 수 있다는 것은 터무니없는 일입니다. 유사한 현상은 발산 기하 급수 (그란디 급수(Grandi's series))에서 발생하며, 여기서 정수(integer)의 급수가 비-정수 합 를 가지는 것으로 보입니다. 이들 예제는 과 가장 주목할만한 와 같이 그러한 반복하는 십진(recurring decimal)에 의해 암시되는 급수에 유사한 논증을 적용하는 것에서 잠재적인 위험을 묘사합니다. 그 논증은 궁극적으로 이들 수렴 급수에 대해 정당화되며, 와 임을 의미하지만, 놓여있는 증명(proof)은 끝없는 합의 해석에 대해 신중한 생각을 요구합니다.[4]
이 급수를 실수와 다른 숫자 시스템, 즉, 2-진수 숫자에서 수렴하는 것으로 볼 수도 있습니다. 2-진수 숫자의 급수로서, 이 급수는 해석적 연속에 의해 위에서 도출된 것과 같은 같은 합, −1로 수렴합니다.[5]
See also
- 1 − 1 + 2 − 6 + 24 − 120 + · · ·
- Grandi's series
- 1 + 1 + 1 + 1 + · · ·
- 1 − 2 + 3 − 4 + · · ·
- 1 + 2 + 3 + 4 + · · ·
- 1 − 2 + 4 − 8 + ⋯
- Two's complement, a data convention for representing negative numbers where −1 is represented as if it were 1 + 2 + 4 + ⋯ + 2n−1.
Notes
- ^ Hardy p. 10
- ^ Hardy pp.8, 10
- ^ The two roots of are briefly touched on by Hardy p. 19.
- ^ Gardiner pp. 93–99; the argument on p. 95 for is slightly different but has the same spirit.
- ^ Koblitz, Neal (1984). p-adic Numbers, p-adic Analysis, and Zeta-Functions. Graduate Texts in Mathematics, vol. 58. Springer-Verlag. pp. chapter I, exercise 16, p. 20. ISBN 0-387-96017-1.
References
- Euler, Leonhard (1760). "De seriebus divergentibus". Novi Commentarii academiae scientiarum Petropolitanae. 5: 205–237.
- Gardiner, A. (2002) [1982]. Understanding infinity: the mathematics of infinite processes (Dover ed.). Dover. ISBN 0-486-42538-X.
- Hardy, G. H. (1949). Divergent Series. Clarendon Press. LCC QA295 .H29 1967.
Further reading
- Barbeau, E. J.; Leah, P. J. (May 1976). "Euler's 1760 paper on divergent series". Historia Mathematica. 3 (2): 141–160. doi:10.1016/0315-0860(76)90030-6.
- Ferraro, Giovanni (2002). "Convergence and Formal Manipulation of Series from the Origins of Calculus to About 1730". Annals of Science. 59: 179–199. doi:10.1080/00033790010028179.
- Kline, Morris (November 1983). "Euler and Infinite Series". Mathematics Magazine. 56 (5): 307–314. doi:10.2307/2690371. JSTOR 2690371.
- Sandifer, Ed (June 2006). "Divergent series" (PDF). How Euler Did It. MAA Online.
- Sierpińska, Anna (November 1987). "Humanities students and epistemological obstacles related to limits". Educational Studies in Mathematics. 18 (4): 371–396. doi:10.1007/BF00240986. JSTOR 3482354.