离散 #离散#数学

7.求和

Shane Lorien

简单介绍一些求和。

精确的求和

一年给你 万连续给 年和一次性给你 万,你选什么?因为通胀的因素,这需要详细的考虑。

简单地假设每年膨胀的利率是 ,那么 年之后的 元就只等价于如今的 元了。那么第一种方案的总价值是:

这就是我们熟悉的等比数列求和了。

扰动法(Perturbation Method)

我们熟悉的乘上比例错位相减实际上就是所谓扰动法。具体略去。 那么我们进行求和并简单化简得到:

时,,这相当于每年赚 万,永久支付,尽管无限次支付,总金实际上有限且未必很大。

有时候我们碰到的东西并不那么友善,例如 ,这时如果运用扰动法,就成了高中常见的错位相减,按下不表。

导数法

对于 , ,求导就得到

两边同乘 就得到 。再令 就得到 。代入我们的年金 和利率 就得到

类似地,做积分可以得到

也就是

时:

由于 会趋向于 0,那个复杂的误差项积分会消失。于是得到了微积分中著名的 Taylor 级数

积分估计

很多时候求和并不能精准求解,这时候通常使用积分估计。随便画出一个单调增的曲线,可以利用间隔 的方块试着分隔其包裹的面积。考虑把曲线左移 长度,就把所有方块包住了,再加上最后一个方块就有:

类似的,我们有:

综合起来就得到了 的上下界。例如,对 应用,就可以得到:

我们管后面的叫做误差项,因为和主要作用的项比起来小得多,记作:

以及:

正式的定义是:

这里的 称为渐近相等。

对于单调减的曲线,我们只需要改变不等号方向即可:

以及

类似地我们试试

那么就是: