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Prueba de que $ \sum\limits_ {k=1}^ \infty\frac {a_1a_2 \cdots a_{k-1}}{(x+a_1) \cdots (x+a_k)}= \frac {1}{x}$ con respecto a $ \zeta (3)$ y la prueba de Apéry

Recientemente imprimí un papel que pide probar la "asombrosa" afirmación de que para todos $a_1,a_2, \dots $

$$ \sum_ {k=1}^ \infty\frac {a_1a_2 \cdots a_{k-1}}{(x+a_1) \cdots (x+a_k)}= \frac {1}{x}$$

y por lo tanto (probablemente) que

$$ \zeta (3)= \frac {5}{2} \sum_ {n=1}^ \infty {2n \choose n}^{-1} \frac {(-1)^{n-1}}{n^3}$$

Dado que el periódico no da ninguna información sobre $a_n$ si fuera posible probar que la relación es válida para cualquier "contexto razonable" $a_1$ ? Por ejemplo, dejar $a_n=1$ da

$$ \sum_ {k=1}^ \infty\frac {1}{(x+1)^k}= \frac {1}{x}$$

lo cual es cierto.

El artículo es "Una prueba que Euler perdió..." Un informe informal - Alfred van der Poorten.

37voto

zyx Puntos 20965

Formalmente, la primera identidad es la aplicación repetida de la regla de reescritura

$$ \dfrac 1 x = \dfrac 1 {x+a} + \dfrac {a}{x(x+a)} $$

a su propio término, primero con $a = a_1$ Entonces $a=a_2$ Entonces $a=a_3, \ldots $

La única condición de convergencia en la $a_i$ es que el $n$ El término en la suma infinita va a cero. [es decir, que $a_1 a_2 \dots a_n / (x+a_1)(x+a_2) \dots (x+a_n)$ converge a cero para las grandes $n$ ].

32voto

Did Puntos 1

Por cada $n \geqslant1 $ y cada $(x,a_1, \ldots ,a_n)$ de tal manera que $x \ne -a_k$ para cada $k$ , $$ \color {red}{ \sum_ {k=1}^n \frac {a_1a_2 \cdots a_{k-1}x}{(x+a_1) \cdots (x+a_k)}=1- \frac {a_1a_2 \cdots a_{n}}{(x+a_1) \cdots (x+a_n)}} $$ Por lo tanto, la fórmula del puesto se mantiene si y sólo si $$ \prod_ {k=1}^{ \infty } \frac {a_k}{x+a_k}=0, $$ que, por $x \gt0 $ y al menos si la secuencia $(a_k)$ no es negativo, es equivalente al hecho de que $$ \color {green}{ \sum_ {k} \frac1 {a_k}}\ \text {diverges}. $$ Aquí hay una prueba probabilística de la versión finita, válida para todos los no-negativos $a_k$ y positivo $x$ (obsérvese que una vez que se conocen estas dos expresiones racionales en $(x,a_1, \ldots ,a_n)$ coinciden para estos valores, uno sabe que de hecho son idénticos).

Prueba: Supongamos que uno realiza una secuencia de $n$ experimentos independientes y que el $k$ el experimento tiene éxito con probabilidad $$p_k= \frac {x}{x+a_k}.$$ Entonces el $k$ El término de la suma en el LHS de la ecuación anterior es la probabilidad de que cada experimento de $1$ a $k-1$ fracasó y ese experimento $k$ tuvo éxito. Por lo tanto, su suma es la probabilidad de la unión desarticulada de estos eventos, que es exactamente el evento que al menos un experimento de $1$ a $n$ tuvo éxito. El evento complementario corresponde a $n$ fallas, por lo tanto su probabilidad es el producto de $1$ a $n$ de las probabilidades de fallas $1-p_k$ es decir.., $$ \prod_ {k=1}^n(1-p_k)= \prod_ {k=1}^n \frac {a_k}{x+a_k}.$$ Esto prueba la afirmación.

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