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¿Cómo puedo manipular la suma de todos los números naturales para hacerla converger a un número arbitrario?

Acabo de descubrir que el Teorema de la Serie de Riemann nos permite hacer lo siguiente: $$\sum_{i=1}^\infty{i}=-\frac{1}{12}$$ Pero también dice (al menos según la página de wikipedia sobre el tema) que una suma condicionalmente convergente puede ser manipulada para que parezca que converge en cualquier número real. Mi pregunta es entonces: ¿Existe un algoritmo general para manipular esta serie en un número arbitrario?

Mis conocimientos sobre series y teoría de los números son bastante limitados, por lo que si me sobrepasan o si la respuesta es demasiado complicada, agradecería algunos consejos sobre lo que debo leer.

Gracias.

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user3296 Puntos 399

El teorema se demuestra dando el algoritmo. Puedes encontrar una demostración en Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Riemann_series_theorem

Sin embargo, la suma de los enteros positivos no converge, sin importar el orden en que los pongas. El resultado -1/12 proviene de una noción de suma más amplia que la convergencia, y no está relacionado con el teorema de reordenación de Riemann.

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Alex S Puntos 6684

Existe tal algoritmo, pero primero una nota rápida: $\sum_{i=1}^\infty i$ no es una secuencia condicionalmente convergente. No es convergente en absoluto. Es igual a $-1/12$ en el sentido de la convergencia de Ramanujan, pero eso no es aplicable al teorema de la serie de Riemann.

Supongamos que la serie $$\sum_{i=1}^\infty a_n$$ de los números reales es condicionalmente convergente. Entonces debe haber una subsecuencia infinita $\{a_{n_k}\}$ de términos positivos de $\{a_n\}$ y una subsecuencia infinita $\{a_{m_k}\}$ de términos negativos de $\{a_n\}$ . La secuencia $\{a_{n_k}\}$ debe tener un elemento mayor, y $\{a_{m_k}\}$ debe tener un elemento más pequeño. Digamos que quieres reordenar la serie para que sume algún número $r$ . Supongamos que $r>0$ . Comienza a añadir los términos de $\{a_{n_k}\}$ empezando por el mayor hacia abajo hasta que la suma sea mayor que $r$ . A continuación, añada los términos de $\{a_{m_k}\}$ empezando por el más pequeño hasta que la suma sea menor que $r$ . A continuación, añada algunos términos más de $\{a_{n_k}\}$ hasta que la suma vuelva a ser mayor, y continuar el proceso para siempre. Como la serie es condicionalmente convergente, ambas series $$\sum_{k=1}^\infty a_{n_k}$$ y $$\sum_{k=1}^\infty a_{m_k}$$ son infinitas, así que siempre puedes completar cada paso. En el límite, su suma será $r$ . Si quieres añadir a algún $r<0$ Haz lo mismo, pero empieza con los términos negativos.

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LachlanG Puntos 133

El teorema de la serie de Riemann no permite hacer la afirmación anterior porque $ \sum_{n=1}^{\infty} n$ no es una serie condicionalmente convergente.

En su lugar, se utiliza un sorprendente pero habitual abuso de notación para escribir esta "identidad". Existe una función llamada Función Zeta de Riemann que está definida para todos los números complejos excepto $s=1$ . Si $s$ tiene una parte real mayor que $1$ el valor de la función zeta de Riemann es igual a $$ \zeta(s)=\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n^s}. $$ La función zeta de Riemann también tiene $$ \zeta(-1)=\frac{-1}{12}. $$ Rellenar $s=-1$ obtenemos $$ \zeta(-1)``=''\sum_{n=1}^\infty n, $$ pero esto no debe tomarse demasiado literalmente porque la suma sólo converge cuando $s$ tiene una parte real mayor que $1$ y no se sostiene si $s=-1$ .

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