怎樣直觀理解無窮小的無窮大次方不一定為0?

時間 2021-05-29 23:14:24

1樓:Pablo Deogracias

@Comzyh 提供了乙個有趣但是錯誤的反例。雖然這個反例不成立,但它揭示了更為深刻的東西。

考慮原答案中的「二維陣列」,n \end" eeimg="1"/>,設,我們有:

1. 2.

證明:1. ,原因在於,當m" eeimg="1"/>時,,對任意固定的,有關的項便成為乙個確定的數字,而。據此有。

2. ,原因在於,當時,,故有

式1.符合直觀:無窮多個無窮小的乘積應該為無窮小(,所以確實是當的無窮小)。

但是式2.就很奇怪了。看起來只是交換了乘積取極限的順序,卻得到了不為0的極限值,這是為什麼呢?

如果我們把看作乙個級數(取對數,把乘積問題變成求和問題),這意味著在二維的自然數點陣上的一維遍歷,那麼事情就可以轉換成級數的收斂問題。

考慮黎曼重排定理:

對於條件收斂的級數,任取,可以是有限數、、,一定存在乙個排列,使得。

證明見Riemann series theorem。

什麼意思呢?乙個條件收斂(而不是絕對收斂)的級數,不同的求和順序會得到不同的結果,更吊詭的事情是,你甚至可以得到任何你想要的結果(!)。

回到@Comzyh的反例,如果我們把取對數,我們會發現有正有負,而且不收斂(和求和順序無關),這說明確是條件收斂的。那麼依照黎曼重排定理,我們可以通過改變求和順序,得到任何乙個值。先取再取,我們得到(對應著乘積為0),先取再取,我們便得到0(對應著乘積為1)。

事實上,對於任何乙個正數(或無窮大),我們總能找到的乙個排列(二元排列),使得收斂到這個數(具體構造方法參見黎曼重排定理的構造性證明)。

事實上,如果想保證1.和2.有相同的結果,我們需保證是絕對收斂的。

還有一種方法就是讓兩個角標的極限一致收斂。由2.得到奇怪結論的原因是:

「無窮小」被構造為乙個條件收斂的級數,在對這些「無窮小」做乘積的時候,錯誤地交換了級數求和的順序。

拓展閱讀:根據黎曼重排定理,任何條件收斂的函式其收斂值為任意數,是不是說明條件收斂的和是不能使用的? - 數學 - 知乎

2樓:聽海之潮

當然不是零。如果寫出乙個再用另外乙個無窮小的無窮大次方做分母的極限式,比值極限完全是可以是任何數。即反證分子不是零。你說的那個答案出錯了吧。

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