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数学算法挑战堂堂复活——2025(有🧧)


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喜闻乐见的黎曼ζ函数。但是其实前文给出的黎曼函数的定义(无穷级数形式)仅仅是对于那些实数部分大于1的复数。换言之,Zeta函数怎么样在实数部分小于1的形式是没有定义的。那也就是说所谓的ζ(-1),也就是楼主说的无穷级数,其实是没有定义的。

——那如果我们就是死活想算ζ(-1),怎么办?

唯一的方法就是强行延展黎曼ζ函数的定义,使得它在整个复数上(包括负实数)有定义。但是需要强调的是,这样延展定义的方式不!唯!一!

但是我们希望这个延拓能够尽可能有好的性质,比如连续,或者可导什么的。比如说,我们有个函数f(x)只在正数上面有定义,f(x)=x。我们如果想延拓f(x)的定义到实数,最好是能让延拓好的函数不是很变态,比如说我们直接延拓说f(x)=-100x,就感觉不是很好,因为它看起来一点也不自然。

但是在复平面上,有一种特殊的延拓叫做“解析延拓”,其实就是让延展了定义的函数变得可导。这样整个复数平面上可导的函数很特别,有非常非常多良好的性质。而且最为重要的是如果ζ函数在那些实数部分大于1的复数有定义,那么他的解析延拓是唯一的。那我们对Zeta函数做解析延拓,然后ζ(-1)就被定义了。而且ζ(-1)=-1/12。但是我想指出来的是ζ(-1)其实和这个发散的无穷级数有关联,但是并非等价于,ζ(-1)=1+2+3+...  这完全是两码事。

比较巧合的是,如果我们按照别的方式定义求和,求和的结果恰好等于-1/12。这个具体求和的其他定义有很多(类似于上述所说的解析延拓),我也不是完全懂。但是比如说 1-1+1-1+1-1+...这个级数,有一种特殊的定义求和的方法,能让他也收敛到1/2。所以我觉得总结下来就是:

1. 在原来情况下定义的收敛和发散,1+2+3+... 是发散的。但是可以用其他方式定义求和(我们要求这个广义求和也有好性质),在某个广义求和的定义下,1+2+3+... 是收敛到-1/12。

2. 黎曼ζ函数的定义仅仅是对于那些实数部分大于1的复数,对于其他数怎么样定义我们不知道,包括ζ(-1)。我们想扩展黎曼函数的定义,其中最为特别的是解析延拓。解析延拓后的黎曼ζ函数可以求出来ζ(-1)=-1/12。但是并非是说ζ(-1)=1+2+3+...

fakeclouds 获得了红包 5节操

注释
骚男 骚男 20.00节操 糖~
safcz safcz 50.00节操
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3 分钟前,safcz说道:

也就是说-1/12并不是算出来的而是定义出来的吗:NEKOMIMI_PARADISE_19:

我也不确定什么叫"定义"什么叫"算"。因为你可以说1+1=2是"算"出来的。但是其实是我们定义了自然数和加法,然后我们可以计算说1+1=2。同样的道理,那些广义求和以及黎曼函数我们定义了,-1/12也是能"算"出来的。

发布于
37 分钟前,safcz说道:

大概把一个原本无解的东西引入新的概念之后就得到答案了那种?不过好像应该说是数学的发展。

虽然我不懂数学,但是从这件个题目中也得以管中窥豹,感受到数学的趣味性:b2:

不过数学一旦涉及到无穷就会变得很反直觉呢,这让我想到了那个经典题目:

一间有着无穷的房间的旅店住满了客人,此时又来一个客人,问怎么才能住进去?

是这个意思。就是把事物抽象化。比如复数其实在现实社会没任何意义。但是有了它很多事情都好方便。

你说的是希尔伯特的旅馆吧,那确实是很有意思的概念

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