在这个视频下,看到一个级数。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
$\sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{n^3}{n!}$
原视频探讨的是这个级数的敛散性。这个敛散性的判断是毋庸置疑的,它是收敛的。现在重要的是计算其具体的值。用手持计算器计算可以得到其值大致上是13.5914,注意到其结果是5e。
现在对这一类级数的值的具体计算进行一个探讨。
定义幂级数:
$f(x,t) = \sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{n^t x^n}{n!}$
我们要求的是$f(1,3)$
很明显有
$f'(x,t) = \sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{n^{t+1} x^{n-1}}{n!}$
则
$x f'(x,t) = f(x,t+1)$
递归则有
$\begin{align*} x f'(x,2) &= f(x,3) \\ x f'(x,1) &= f(x,2) \\ x f'(x,0) &= f(x,1) \end{align*}$
很明显
$f(x,0) = \sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{x^n}{n!} = e^x - 1$
结算
$f(x,1) = x e^{x}$
$f(x,2) = x e^x + x^2 e^{x}$
$f(x,3) = x e^x + 3x^2 e^x + x^3 e^{x}$
带入x=1,即
$\sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{n^3}{n!} = f(1,3) = 5e$
问题到这里似乎就结束了,但是我们可以求出所有类似级数的值
$\sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{n}{n!} = 1e \sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{n^2}{n!} = 2e \sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{n^3}{n!} = 5e$
$\sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{n^4}{n!} = 15e \sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{n^5}{n!} = 52e \sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{n^6}{n!} = 203e$
对于n的指数是正整数的情况,这类无穷级数都是收敛的,而且其结果都是解析的,都是自然常数e的整数倍。其e前面的系数(1,2,5,15,52,203…)称为贝尔数XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX,与集合分割有关。
例如B3=5,表明一个含有3个相异元素的集合,能够以5种方式被分割(不包含空集):
{A,B,C}的分割有{A,B,C}、{{A,B},{C}}、{{A,C},{B}}、{{C,B},{A}}、{{A},{B},{C}}5种
贝尔数有如下的递推关系
$B_n = \sum\limits_{k=0}^{n-1} B_k \binom{n-1}{k}$
也可以用类似于杨辉三角类似的方式产生
产生方式有4个规则
1.第一行定义B1=1
2.第n行有n个数
3.上一行最后一个数是下一行的第一个数
4.对于一个未知数,其值等于其左侧和左上侧两数之和。
则有
1 B1
1 2 B2
2 3 5 B3
5 7 10 15 B4
15 20 27 37 52 B5
52 67 87 114 151 203 B6
203 255 322 409 523 674 877 B7
每一行的最后一个数即为贝尔数。没想到在这个无穷级数的尾巴里面,也会惊奇的出现这个数列呢~
[修改于 2个月3天前 - 2025/09/05 20:51:08]