除了 π,e,0.618,还有没有其他一些有特殊意义的数?


〈cyb 酱☆的数学科普系列〉有一个很多人都见过,但是可能叫不出名字的常数:

数,或者如果你喜欢,可以叫【计算器常数】

为啥很多人见过呢?相信不少同学都有过这样的尝试,找一个计算器,调整到弧度制

输入任意一个初始值,然后不断按

按键,最后这个数会收敛到:

当然很多其他的常数也很有趣,我们不求广,宜求少但精,这个数有很多好玩的事情,让我们一一了解他们:


第零,我们先证明全局收敛性

因为不断按

相当于在计算

的值

不难发现,因为

的值域是

,根据偶函数性质:

的值域是

,结合中值定理、压缩映照原理,(其实这个想法挺 Banach 的,不过工具还算是比较初等)

,因此存在唯一的

的解

而且这个解正是上述迭代的不动点(回顾压缩映照定理证明就是构造

现在,我们证明了解的唯一性之后,就可以研究其性质了。


第一,这个数是一个超越数,怎么证明呢?

因为

,因此,如果

是一个代数数

那么不难证明

是代数方程

的解,从而

是一个代数数

另外显然

是代数数的乘积所以也是一个代数数

但是结合我们小学二年级就学过的

定理(就是证明

是超越数的那位的著名定理)

是一个代数数时

是一个超越数,令

我们推出矛盾

从而我们证明了

是一个超越数,这样当然是一个无理数

当然,这个定理显然也能用来证明

是超越数,若不然,

是代数数

这与

是代数数显然是矛盾的,容易发现这与我们上面证明的思路很接近。


第二,现在我们来研究

的级数表示,利用

函数,我们有

,怎么证明呢?(当然如果你愿意,也可以将半整数的正弦写开)

下面的内容来自

年的文章(但我相信这个级数的发现应该远早于这篇文章),不过总的来说整个证明还是很简单的

首先我们应该联想到小学一年级学过的

方程

,我们很容易发现:令

也就是上面的方程中

的情形

所以我们先研究下

方程的级数解

很自然的想法是研究

看成关于

级数

不妨设

于是显然

分部积分不难得到

分部出来的项因为

时解很显然是

,因此

于是

注意根据

方程

于是

后者的积分显然是

,下面考察前者

后者根据

函数的性质,我们变换如下:

首先仍然是利用

方程把

换掉

接下来根据

函数的定义

(应该可以在特殊函数的书或者是复变、数学物理方法讲柱函数的地方找到)

于是简单观察发现

最后,我们就可以写

回到原题,代入

同时

结合我们熟知的恒等式

故这个

级数是绝对收敛的,于是结论得证


最后,也就是第三,做一点大家喜闻乐见的数值分析

如果使用

的方法,收敛速度如何呢?(相当于讨论在计算器不断按余弦的收敛速度)

选取一个合适的初值

(误差已经很小了)

很不幸的是速度其实非常慢:

横坐标表示项数

为啥会这样呢?因为这个迭代收敛速度其实是一阶(线性)

我们不妨设

这样我们有

利用微分中值定理我们有

介于

之间,考虑到

很小,所以

因此误差项

,这显然是我们不能满意的

于是我们采用

法,这显然是一个二阶方法,让我们欣赏一下最后的结果

从图上看,迭代到第五次的时候,已经发现小数点后

位结果都是真切的

以上。

食肉目·猫型亚目
上一篇
物理和化学中有些哪些好玩儿的随机过程?
下一篇
本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,一经查实,本站将立刻删除。

相关推荐

  • 苹果手机各个功能介绍,iphone必须关闭的十个功能

    1、关闭蓝牙。现在已经很少有人用蓝牙传输文件了,而且iPhone与安卓的蓝牙并不兼容,所以,可以在设置中,关闭蓝牙功能。2、关闭通知功能。关于APP推送,无非也就是一些更新提醒,关了也不会有什么影响,还能多省点电。3、关闭自动调节亮度功能。一般来说,可以将屏幕亮度在15%-30%之间,在强光环境中,在进行手动调整就可以了。4、禁止后台刷新。在设置—通用中,关闭后台自动刷新功能,也可以对省电起到一点...

  • 高德打车怎么设置途经地,高德如何添加途经路线

    1、点击高德地图APP界面底部的“导航”按钮,进入导航模式。2、点击右下角的“路线”,进入路线设定页面,根据要求输入起点、终点进行路线规划。3、点击“添加途经点”,弹出添加途经点页面,点击右上角,可以添加或者删除途经点,乘客可以手动输入要添加的途经点。4、当添加完途经点时,点击“确定”按钮,即可添加途经路线。此时地图会显示出这条路线上所有的途经点,以及当前途经点的地点信息。怎么设计高德地图设置要经...

  • 高中必修二物理知识点总结,高一物理必修2重点知识点归纳

    您好,1.运动学-位移、速度、加速度的概念及计算方法-相关运动的分析方法,如相对运动和抛体运动-牛顿运动定律及其应用2.力学-力的概念及种类,如重力、弹力、摩擦力等-牛顿第一、二、三定律及其应用-力的合成与分解-能量、功、动能定理、功率的概念及计算方法-动量、冲量定理及其应用3.热学-温度、热量、热能的概念及计量单位-热传递的方式及其特点,如传导、对流、辐射-热力学第一、二定律及其应用,如热机效率...

  • 如何通俗地理解协方差和相关系数?(如何通俗地理解久期)

    1 正相关与负相关1.1 相关性事物之间可能会有关系,这可以通过数据看出。比如要买房的人越多(下图的城镇化率可以简单理解为进城买房的人数),房价就越高,两者的关系称为 正相关 :城镇化有另外一个反作用...

  • 如何理解傅里叶变换公式?(快速傅里叶变换公式)

    喜欢科普的我思考良久,准备挑战一下这个高难度的问题。难并不是因为有多么难学,而是非常的抽象,无法直观理解,也是很多在校大学生的梦魇。借用我在《线性代数有什么用?学习线性代数的意义在哪?》里写过的一句话...