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Cómo las plantas de la relación n/k en definitiva cuando se conoce la facturización primera de n

Según @harald-hanche-olsen la suma de los pisos de los ratios de $n/k$ es de aproximadamente:

$$n(\ln n-1-\ln2)<\sum_{k=2}^{n-1}\Bigl\lfloor \frac nk\Bigr\rfloor<n\ln n.$$

Si la factorización prima de $n$ es conocido (es decir, si $n=\Pi_i{k_i^{\alpha_i}}$), una aproximación más cercana obtenerse?

En mi caso el valor exacto de $n$ no es importante, sólo la exactitud de la suma de los pisos de las proporciones. Un enfoque es permitir $n=\Pi^p_i{i}$, por lo que la primera $p$ sumas sería exacto (igual a $nH_p$ donde $H_p$ $p^{th}$ número armónico) y la aproximación sólo es necesaria para:

$$ \sum_{k=p+1}^{n-1}\Bigl\lfloor \frac{\Pi^p_i{i}}k\Bigr\rfloor $$

La reducción en el rango es marginal el uso de este enfoque: se puede expresar como: $$nH_p+n(\ln n-1-\ln2)-p(\ln p-1-\ln2)\le\sum_{k=2}^{n-1}\Bigl\lfloor \frac nk\Bigr\rfloor\le nH_p+n\ln n-p\ln p.$$

Otras optimizaciones puede ser posible. Por ejemplo:

Si $n=p^{2^k}$ $n\Pi_{i=0}^k(1+p^{-2^i})$ sumas de dinero para todas las combinaciones de factores de $p^0$ $p^{2^k}$Si $n=4!=24$ $$\sum_{k=2}^{n-1}\Bigl\lfloor \frac nk\Bigr\rfloor=12+8+6+\Bigl\lfloor \frac {24}5\Bigr\rfloor+4*(6-5)+3*(8-6)+2*(12-8)+1*(24-12)$$ So the biggest region of uncertainty for a factorial $f!$ lies between $f<k<f-1)!$. Furthermore we have $$((f-1)!-1)((f-1)!-f-1) < \sum_{k=f+1}^{(f-1)!-1}\Bigl\lfloor \frac nk\Bigr\rfloor < f((f-1)!-f-1)$$

Editar

La respuesta debe ser en forma de:

Dado:

$$ a_v <= \sum_{k}^{v-1}\Bigl\lfloor \frac{v}k\Bigr\rfloor <= a_v+\mathcal{S}(\sqrt{v})\\ a_u <= \sum_{k}^{u-1}\Bigl\lfloor \frac{u}k\Bigr\rfloor <= a_u+\mathcal{S}(\sqrt{u}) $$

Conclusión: existe un método para calcular los $a_{uv}$ tal forma que: $$ a_{uv} <= \sum_{k}^{uv-1}\Bigl\lfloor \frac{uv}k\Bigr\rfloor <= a_{uv} + \xi \text{ donde } \xi << \mathcal{S}(\sqrt{uv}) $$

4voto

Anthony Shaw Puntos 858

Estimación Asintótica

En primer lugar, tenemos $$ \sum_{k=1}^n\frac nk=n\log(n)+\gamma n+\frac12+O\left(\frac1n\right)\etiqueta{1} $$ El uso de Sumas de Riemann, tenemos $$ \begin{align} \lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^n\left\{\frac nk\right\}\frac1n &=\int_0^1\left\{\frac1x\right\}\,\mathrm{d}x\\ &=\sum_{k=1}^\infty\int_{\frac1{k+1}}^{\frac1k}\left(\frac1x-k\right)\,\mathrm{d}x\\ &=\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^{n-1}\left[\log\left(\frac{k+1}k\right)-\frac1{k+1}\right]\\[9pt] &=\lim_{n\to\infty}[\,\log(n)-(H_n-1)\,]\\[12pt] &=1-\gamma\tag{2} \end{align} $$


La delimitación de la Error en $\boldsymbol{(2)}$

Vamos a considerar tres clases de intervalos:

  1. $\left[\frac n{k+1},\frac nk\right]$ donde $k\lt\sqrt{n}$.

  2. $\left[\frac n{k+1},\frac nk\right]$ donde $k\ge\sqrt{n}$ que contienen un número entero.

  3. $\left[\frac n{k+1},\frac nk\right]$ donde $k\ge\sqrt{n}$ que no contengan un número entero.

Hay menos de $\sqrt{n}$ intervalos de clase 1.

Los enteros contenidos en los intervalos de clase 2 debe ser en la mayoría de las $\sqrt{n}$. Por lo tanto, hay en la mayoría de las $\sqrt{n}$ intervalos de clase 2.

Para todos los intervalos de clase 1 y 2, $$ \begin{align} \left|\frac1n\left\{\frac{n\vphantom{1}}k\right\}-\int_{\frac kn}^{\frac{k+1}n}\left\{\frac1x\right\}\,\mathrm{d}x\right| &\le\int_{\frac kn}^{\frac{k+1}n}\left|\left\{\frac{n\vphantom{1}}k\right\}-\left\{\frac1x\right\}\right|\,\mathrm{d}x\\ &\le\frac1n\tag{4} \end{align} $$

Para los intervalos de clase 3 y $\frac kn\le x\le\frac{k+1}n$ $$ 0\le\left\{\frac{n\vphantom{1}}k\right\}-\left\{\frac1x\right\}\le\left\{\frac n{k\vphantom{+}}\right\}-\left\{\frac n{k+1}\right\}=\frac n{k(k+1)}\etiqueta{5} $$ Por lo tanto, $$ \begin{align} \frac1n\left\{\frac{n\vphantom{1}}k\right\}-\int_{\frac kn}^{\frac{k+1}n}\left\{\frac1x\right\}\,\mathrm{d}x &=\int_{\frac kn}^{\frac{k+1}n}\left(\left\{\frac{n\vphantom{1}}k\right\}-\left\{\frac1x\right\}\right)\,\mathrm{d}x\\ &\le\frac1{k(k+1)}\tag{6} \end{align} $$ Sumando la contribución de los intervalos de clase 1 y 2, el uso de $(4)$, y la contribución de los intervalos de clase 3, el uso de $(6)$,obtenemos $$ \left|\sum_{k=1}^n\left\{\frac nk\right\}\frac1n-\int_0^1\left\{\frac1x\right\}\,\mathrm{d}x\right|\le\frac3{\sqrt{n}}\etiqueta{7} $$


Resultado Final

La combinación de $(1)$, $(2)$, y $(7)$, tenemos $$ \begin{align} \sum_{k=1}^n\left\lfloor\frac nk\right\rfloor &=\sum_{k=1}^n\left(\frac nk-\left\{\frac nk\right\}\right)\\ &=n\log(n)+(2\gamma-1)n+O(\sqrt{n})\tag{8} \end{align} $$ Restando $n+1$, obtenemos $$ \bbox[5px,border:2px solid #C0A000]{\sum_{k=2}^{n-1}\left\lfloor\frac nk\right\rfloor =n\log(n)-2(1-\gamma)n+O(\sqrt{n})}\etiqueta{9} $$

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