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Identificar una serie de energía

No soy ningún Analista, así que cuando un estudiante en la clase a quien enseñaba algunas teoría elemental de la serie de (energía), preguntó acerca de esto:

$\displaystyle{\sum_{n=0}^\infty\frac{x^n}{n^n}=1+x+\left(\frac{x}{2}\right)^2+\left(\frac{x}{3}\right)^3+\left(\frac{x}{4}\right)^4+\cdots}$

(suponiendo que $0^0=1$), no tenía ni idea. Que no vería nada reconoció, y una obra con algunos derivados me no dio ninguna información útil.

¿Esto es una función conocida, y esta serie admite de una fórmula explícita?

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abiessu Puntos 5519

Para comenzar a analizar esta serie, usted podría considerar el uso aproximación % de Sterling $n!\approx \left(\frac ne\right)^n\sqrt {2\pi n}$:

$$\sum_{n=0}^\infty\left(\frac xn\right)^n\approx \sqrt{2\pi}\sum_{n=0}^\infty \frac {\sqrt n({x\over e})^n}{n!}\ge \sqrt{2\pi}\sum_{n=0}^\infty \frac {({x\over e})^n}{n!}=e^{\frac xe} \sqrt{2\pi}$$

Por supuesto esto es sólo un límite inferior para el valor aproximado, y $\sqrt n$ término queda por resolverse...

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Jamal Puntos 11

Tuve que hacer un montón de investigación sobre este, que era mi beneficio :)

Esquema. Básicamente, voy a utilizar el Segundo Sueño para deducir una expresión integral para la respuesta.

Lema. Vemos $$\int^{1}_{0}x^{n}\ln(x)^{n}\,\mathrm{d}x = (-1)^{n}(n+1)^{-(n+1)}n!\tag{1}$$

Prueba. Hacemos un cambio de variables de la escritura $$\tag{2a}x=\exp\bigl(-u/(n+1)\bigr)$$ que nos permite reescribir (1) como $$\int^{1}_{0}x^{n}\ln(x)^{n}\,\mathrm{d}x = (-1)^{n}(n+1)^{-(n+1)}\int^{\infty}_{0}u^{n}e^{-u}\,\mathrm{d}u\tag{2b}$$ Observar la integral en el lado derecho es, precisamente, $n!$ (gracias a la función Gamma). Y concluye que la prueba para que nuestro lema. QED.

Teorema. Pretendemos $$f(t) = 1+\sum^{\infty}_{n=1}\left(\frac{t}{n}\right)^{n} = 1 + t\int^{1}_{0}x^{-xt}\,\mathrm{d}x.\tag{3}$$

Prueba. Terminamos reescribir el integrando en el lado derecho $$x^{-xt} = e^{-xt\ln(x)} = \sum^{\infty}_{n=0}\frac{(-t)^{n}}{n!}x^{n}\ln(x)^{n}.\tag{4a}$$ Nos conectamos a la integral $$\int^{1}_{0}x^{-xt}\,\mathrm{d}x= \int^{1}_{0}\sum^{\infty}_{n=0}\frac{(-t)^{n}}{n!}x^{n}\ln(x)^{n}\,\mathrm{d}x.\tag{4b}$$ Swap de la suma y la integral $$\int^{1}_{0}\sum^{\infty}_{n=0}\frac{(-t)^{n}}{n!}x^{n}\ln(x)^{n}\,\mathrm{d}x =\sum^{\infty}_{n=0}\frac{(-t)^{n}}{n!}\int^{1}_{0}x^{n}\ln(x)^{n}\,\mathrm{d}x.\la etiqueta{4c}$$ Utilizamos nuestro lema para reescribir el lado derecho como \begin{align} \sum^{\infty}_{n=0}\frac{(-t)^{n}}{n!}\int^{1}_{0}x^{n}\ln(x)^{n}\,\mathrm{d}x &= \sum^{\infty}_{n=0}\frac{(-t)^{n}}{n!}\left((-1)^{n}(n+1)^{-n+1}n!\right)\\ &= \sum^{\infty}_{n=0}\frac{t^{n}}{(n+1)^{n+1}}.\tag{4c} \end{align} Entonces sólo tiene que jugar con la aritmética (multiplicar por $t$, y agregar 1) para obtener la serie en cuestión. Esto concluye nuestra prueba del teorema. QED.

Observación. No hay ninguna forma cerrada de la expresión de la integral de la que soy consciente. Tal vez el OP o algún otro usuario conoce algunas de fantasía-pantalón a la hora de evaluar la integral, pero no me sé de uno disponible :(

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