25 votos

Es $\frac{1}{11}+\frac{1}{111}+\frac{1}{1111}+\cdots$ un número irracional?

Obviamente:

$$\frac{1}{10}+\frac{1}{100}+\frac{1}{1000}+\cdots=0.1111\dots=\frac{1}{9}$$

es un número racional.

Ahora, si hacemos términos con demoninators en la forma:

$$q_n=\sum_{k=0}^{n} 10^k$$

Entonces la suma será:

$$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{q_n}=\frac{1}{11}+\frac{1}{111}+\frac{1}{1111}+\cdots=0.1009181908362007\dots$$

La expansión decimal de este número parece ser no periódicas.

¿Cómo podemos demostrar/desmentir que este número es irracional?

Editar

Este número se encuentra en OEIS: http://oeis.org/A065444

23voto

ND Geek Puntos 880

Si definimos la "Lambert de la serie" $$ f(x) = \sum_{n=1}^\infty \frac{x^n}{1-x^n} = \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{(1/x)^n-1}, $$ entonces a partir de la $q_n = (10^{n+1}-1)/9$, su número es $$ \sum_{n=1}^\infty \frac1{q_n} = 9f(\tfrac1{10})-1. $$ Chowla demostrado en 1947 que $f(\frac1{10})$ es irracional, y por lo tanto también lo es su número. Usted puede encontrar una prueba en este 1948 papel de Erdös.

(Nota interesante: también tenemos $$ f(x) = \sum_{m=1}^\infty \tau(m)x^m, $$ donde $\tau(m)$ es el número de divisores positivos de $m$.)

2voto

ILIV Puntos 421

Esta no es la respuesta a la pregunta de la irracionalidad. Esta es una pieza de información acerca de una interesante forma cerrada de la serie.

$$q_n=\sum_{k=0}^n 10^k = \frac{10^{n+1}-1}{9}$$ $q_0=1\quad;\quad q_1=11\quad;\quad q_2=111\quad...$

$\sum_{n=0}^m \frac{1}{q_n}=\frac{1}{1}+\frac{1}{11}+\frac{1}{111}+... \quad$ ($m+1$ términos).

$$\sum_{n=0}^m \frac{1}{q_n}=\sum_{n=1}^m \frac{9}{10^{n+1}-1}= \frac{9}{\ln(10)}\left(\psi_{10}(m+2)-\psi_{10}(1)\right)-9(m+1)$$ $\psi_q(x)$ es el q-función digamma. Los principales términos de la asintótica de la serie son: $$\psi_{10}(x)\sim (x-\frac{1}{2})\ln(10)-\ln(9)$$

$$\sum_{n=0}^{m\to\infty} \frac{1}{q_n}\sim \frac{9}{\ln(10)}\left( (m+2-\frac{1}{2})\ln(10)-\ln(9)-\psi_{10}(1)\right)-9(m+1)$$

Después de la simplificación : $$\sum_{n=0}^{\infty} \frac{1}{q_n}=\frac{9}{2} -\frac{9}{\ln(10)}\left( \ln(9)+\psi_{10}(1)\right)$$ $\psi_{10}(1)\simeq-1.32759401026424207 $

$\frac{9}{2} -\frac{9}{\ln(10)}\left( \ln(9)+\psi_{10}(1)\right)\simeq 1.100918190836200736 $

Tenga en cuenta que $\sum_{n=0}^{\infty} \frac{1}{q_n}$ incluye el primer plazo$=1$

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