32 votos

Cálculo manual ' t coincide con Wolfram Alpha. ¿Por qué?

Supongamos que queremos evaluar esta suma: $$\sum_{x=2}^\infty \ln(x^3+1)-\ln(x^3-1)$$ Podemos reescribir la suma como $$\ln\left(\prod_{x=2}^\infty \frac{x^3+1}{x^3-1}\right)$$ Podemos dividir el producto en dos productos: $$\ln\left(\prod_{x=2}^\infty \frac{x+1}{x-1}\right)+\ln\left(\prod_{x=2}^\infty \frac{x^2-x+1}{x^2+x+1}\right)$$ Estos son los dos telescópica productos! Podemos reescribir como $$\ln\left(\prod_{x=2}^\infty \frac{(x+2)-1}{x-1}\right)+\ln\left(\prod_{x=2}^\infty \frac{(x-1)^2+(x-1)+1}{x^2+x+1}\right)$$ Conectar los números hace que este patrón más obvia; $$\ln\left(\prod_{x=2}^\infty \frac{\color{verde}{3}}{1}\frac {\color{red}{4}}{2} \frac{\color{blue}{5}}{\color{verde}{3}} \frac{\color{bluedark}{6}}{\color{red}{4}} \right) + \ln\left(\prod_{x=2}^\infty \frac{3}{\color{verde}{7}} \frac{\color{verde}{7}}{\color{red}{13}} \frac{\color{red}{13}}{\color{blue}{21}} \right)$$ Simplificando, obtenemos que la suma es igual a $$\ln(1/2)+\ln(3)=\ln\left(\frac 32 \right) \approx 0.405465108108164381978013115464349136571990423462494197614$$ Sin embargo, cuando me pongo la suma en Wolfram Alpha directamente, me sale el siguiente número: $$0.4054588737136331726677370820628648457601892466568342890929$$

¿Por qué son estos dos números diferentes? No es una pequeña diferencia; es en el 5º número después del punto decimal! ¿Cómo puede Wolfram hacer este tipo de error?

52voto

heropup Puntos 29437

En Mathematica, la entrada FullSimplify[Sum[Log[x^3+1]-Log[x^3-1],{x,2,Infinity}]] da Log[3/2], exactamente. En WolframAlpha, el problema es que cuando usted solicita más dígitos de precisión, convierte su entrada en el comando NSum[Log[x^3 + 1] - Log[x^3 - 1], {x, 2, Infinity}, WorkingPrecision -> 104] que por supuesto es insuficiente precisión de trabajo para el número de dígitos decimales que se muestra debido a la lenta convergencia de la suma.

Algo irónico, si se introduce Product[(x^3+1)/(x^3-1),{x,2,n}] en WolframAlpha, consigue exacta de salida: $$\frac{3n(n+1)}{2(n^2+n+1)},$$ which is correct, furthermore upon taking Limit[3n(n+1)/(2(n^2+n+1)), n -> Infinity], you get the correct answer $3/2$. So it isn't as if WolframAlpha cannot compute the original sum symbolically as Mathematica did. It just needs a little extra help, it seems.

Users of WolframAlpha don't always realize that although it is using the same underlying algorithms as Mathematica, it is not the same thing. There are things that one does that the other does not. Precise control of processing of input, for example, is something that the former does not do.


Update. I believe the above response is not entirely sufficient to explain the behavior of WolframAlpha. When I changed the summand to $$\log \left(1 + \frac{2}{x^3-1}\right),$$ WolframAlpha todavía da el resultado incorrecto cuando más dígitos se solicitó, a pesar del hecho de que el código generado NSum[Log[1 + 2/(x^3 - 1)], {x, 2, Infinity}, WorkingPrecision -> 104] se obtiene el resultado correcto. Así que esto apunta a una incoherencia interna con WolframAlpha que no puede explicarse únicamente por la insuficiente precisión en NSum.

Para confirmar, en Mathematica yo de entrada de ambas variantes de con NSum, es decir,

NSum[Log[x^3 + 1] - Log[x^3 - 1], {x, 2, Infinity}, WorkingPrecision -> 104]

así como

NSum[Log[1 + 2/(x^3 - 1)], {x, 2, Infinity}, WorkingPrecision -> 104]

La primera entrada, como era de esperar, se genera una advertencia NIntegrate::ncvb. También como era de esperar, el segundo no. Pero si este es el caso, entonces WolframAlpha no debe todavía está presente el mal resultado en el segundo caso, cuando más dígitos se solicita, dado que este es el código que se genera. Al abrir la computables notebook (haga clic en la naranja en la nube) y evaluar la expresión, que básicamente se está ejecutando una versión cloud de Mathematica. Haciendo esto se obtiene la respuesta correcta. Así que sospecho que hay algún tipo de error en WolframAlpha que no presenta el resultado correcto.

3voto

Shabaz Puntos 403

Al dividir el producto en dos productos, el primero aleja a $\infty$ y el segundo va a cero. Esto te da el % indeterminado $\infty-\infty$. Todas las apuestas están apagadas.

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