2016年7月1日星期五

欧拉的成名之作

    在十七世纪以前,有一个长期存在的数学问题,那就是由正整数倒数的整数幂所组成的无穷级数的求和问题。也就是说,对p=1,2,3,...,求
                 
的值。当p=2时,这个求和问题令所有试图求出它的数学家大伤脑筋,其中包括沃利斯和伯努利。莱布尼茨在巴黎作为一名学生在惠更斯的指导下学习时,就宣称对任何收敛的无穷级数,只要其中各项遵循着某种规律,他都能求出和来。但当莱布尼茨在1673年遇到英国数学家佩尔时,佩尔用S2一下子就把这个血气方刚的年轻人弄得灰头土脸。在1734年,欧拉突然解决了这个问题,以一种十分巧妙的方式。
    根据exp(y)的幂级数的泰勒展开,我们可以得到:
     如果你令y=ix,那么
     然后分别将实部和虚部并项,我们得到

     因为

     所以

    然后,欧拉写下了这个无穷次多项式方程:
   并注意到它的根出现在sin(sqrt(y))=0的时候,除了y=0。当y=0时,sin(sqrt(y))/sqrt(y)=1。所以y=pi^2, 4*pi^2, 9*pi^2,...。
   对于一般形式的方程,

   如果它的n个根是r1, r2, ..., rn,那么f(x)可以写成

   那么a1就可以写成

   也就是



正是这个欧拉在他圣彼得堡职业生涯早期所做的计算,给他刻上了超级明星的标记,这对他确立他那显赫的名声有着很大的关系。
    然而,对于p为奇数的情况,这个方法不起作用,而且这些和至今仍不得而知。现在如果谁能解出S3,那他就是现代数学界的超级明星了。中国的民科们值得一试,:-)

 

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