离散 #离散#数学

8.求和与渐近

Shane Lorien

求和和渐近符号的介绍。

调和级数

一些木块通过堆叠能超出桌子多长?一种处理方法是贪心法,从最上方开始,移动直到不能移动为止。

记末状态第 块距离桌子边缘的距离为 ,贪心下上面 块质心应该恰好在第 块的边缘。 。那么利用质心的定义,有:

代入 得到:

也就是说第 块比第 块多了 。那么利用 就有:

实际上,求和

被称为调和级数。他是发散的,因为 从 加到 一定大于 。 如果注意力涣散注意不到这一点,我们可以使用积分估计。由于 ,并计算

那么就得到

也就是说,,这也给出了 发散的证据。同时,他们的差是收敛的,也就是欧拉常数:

阶乘

我们熟知的

并不能很好地看出 有多大,一种简单的想法是取对数得到

然后我们运用积分估计, ,计算

那么就是

还原成阶乘就得到

这就清楚多了。但实际上可以更加精确。

斯特林公式(Stirling’s Formula)

其中 ,从而 较大的时候 几乎可以忽略。那么就有

渐近记号

我们已经熟悉了

波浪号(tilde)

大 记号

就是说 增长得没有 快。记号可能是 (但不会写大于)或者 或者 。要证明,只要考虑比值极限是否有限即可。

例如, , ,,其中 是常数。

记号

与大 对应,表示了增长的下界。所以对应的可以说 。 Thm : 当且仅当 .

记号 如果既有 又有 ,也就是比值的极限大于 而且有限。

总结忽略常数,可以简单类比:

那么自然就会想到还有小于号和大于号。对应就是 和 。

记号

记号

一个神秘的证明:

设 ,那么 。

[!证明] 利用归纳法。 归纳假设为 。

奠基步: 显然成立。

归纳步:假设 成立, 从而由归纳公理,命题成立。

归纳假设假定了 ,这实际上是不合理的。

所以尽量不要在归纳法中运用渐近记号。