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7.2.4 某些特殊级数

7.2.4.1 一些重要数项级数的值

(7.39)1+11!+12!+13!++1n!+=e(7.40)111!+12!13!++(1)nn!+=1e,(7.41)112+1314++(1)n+1n+=ln2,(7.42)1+12+14+18++12n+=2(7.43)112+1418++(1)n2n+=23,(7.44)113+1517+19+(1)n12n1+=π4,(7.45)112+123+134++1n(n+1)+=1,(7.46)113+135+157++1(2n1)(2n+1)+=12,(7.47)113+124+135++1(n1)(n+1)+=34,(7.48)135+179+11113++1(4n1)(4n+1)+=12π8,(7.49)1123+1234++1n(n+1)(n+2)+=14,112l+123(l+1)++1n(n+l1)+=1(l1)(l1)!,

(7.50)

(7.51)1+122+132+142++1n2+=π26,(7.52)1122+132142++(1)n+1n2+=π212,(7.53)112+132+152++1(2n+1)2+=π28,(7.54)1+124+134+144++1n4+=π490,(7.55)1124+134+(1)n+1n4+=7π4720,(7.56)114+134+154++1(2n+1)4+=π496,(7.57)1+122k+132k+142k++1n2k+=π2k22k1(2k)!Bk(1),(7.58)1122k+132k142k++(1)n+1n2k+=π2k(22k11)(2k)!Bk,(7.59)1+132k+152k+172k++1(2n1)2k+=π2k(22k1)2(2k)!Bk,(7.60)1132k+1+152k+1172k+1++(1)n+1(2n1)2k+1+=π2k+122k+2(2k)!Ek(2).

Bk 是伯努利数.

Ek 是欧拉数.


7.2.4.2 伯努利数和欧拉数

(1) 伯努利数的第一定义 某些特殊函数的幂级数展开式中会出现伯努利数 Bk ,如三角函数 tanx,cotx,cscx ,以及双曲函数 tanhx,cothx,cosechx . 伯努利数 Bk 可定义如下:

(7.61)xex1=1x2+B1x22!B2x44!±+(1)n+1Bnx2n(2n)!±(|x|<2π)

利用系数对比法将其与 x 的方幂作比较,可计算伯努利数. 用此方法计算的前几个伯努利数见表 7.1.

k

Bk

k

Bk

k

Bk

k

Bk

1

16

4

7

76

10

174611330

2

130

5

130566691773

8

3617

11

854513 138

3

142

6

9

43867 798

(2) 伯努利数的第二定义 有些人把伯努利数定义如下:

(7.62)xex1=1+B1x1!+B2x22!++B2nx2n(2n)!+(|x|<2π).

由此得到递归公式

(7.63)Bk+1=(B¯+1)k+1(k=1,2,3,),

利用二项式定理 (参见第 14 页 1.1.6.4,1.),用 Bv 代替 B¯v ,即指数变为下标. 前几个新数为

B1=12,B2=16,B4=130,B6=142,(7.64)B8=130,B10=566,B12=6912730,B14=76,B16=3617510,,B3=B5=B7==0,

且有

(7.65)Bk=(1)k+1B2k(k=1,2,3,).

(3) 欧拉数的第一定义 某些特殊函数的幂级数展开式中会出现欧拉数 Ek ,如函数 secxsechx . 欧拉数可定义如下:

(7.66)secx=1+E1x22!+E2x44!++Enx2n(2n)!+(|x|<π2).

利用系数对比法将其与 x 的方幂作比较,可计算欧拉数. 表 7.2 列出了一些欧拉数的值.

(4) 欧拉数的第二定义 与 (7.63) 类似, 欧拉数也可用递归公式来定义:

(7.67)(E¯+1)k+(E¯1)k=0(k=1,2,3,).

利用二项式定理,用 Ev 代替 E¯v ,可得到前几个欧拉数的值:

E2=1,E4=5,E6=61,E8=1385,(7.68)E10=50521,E12=2702765,E14=199360981,E16=19391512145,,E1=E3=E5==0,

且有

(7.69)Ek=(1)kE2k(k=1,2,3,).

k

Ek

k

Ek

1

1

5

50521

2

5

6

2702765

3

61

7

199360981

4

1385

(5) 欧拉数与伯努利数间的关系 欧拉数与伯努利之间的关系为

(7.70)E2k=42k+12k+1(Bk14)2k+1(k=1,2,).

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