s = 1 + 1 / 3 + (1 * 2) / (3 * 5) + (1 * 2 * 3) / (3 * 5 * 7) + .... + (1 * 2 * 3 * .... * n) / (3 *

时间: 2023-05-31 22:19:23 浏览: 180
### 回答1: 5 * 7 * .... * (2n + 1) 的值 这是一个无穷级数,每一项都是一个分数,分子是从1到n的连乘积,分母是从3开始的奇数连乘积。 要求这个级数的和,可以采用数学归纳法证明,具体过程如下: 当n=1时,s=1+1/3=4/3,显然成立。 假设当n=k时,s的值为s(k),即: s(k) = 1 + 1/3 + (1*2)/(3*5) + (1*2*3)/(3*5*7) + ... + (1*2*3*...*k)/(3*5*7*...*(2k+1)) 现在要证明当n=k+1时,s的值为s(k+1),即: s(k+1) = 1 + 1/3 + (1*2)/(3*5) + (1*2*3)/(3*5*7) + ... + (1*2*3*...*k)/(3*5*7*...*(2k+1)) + (1*2*3*...*(k+1))/(3*5*7*...*(2k+1)*(2k+3)) 将s(k+1)减去s(k),得到: s(k+1) - s(k) = (1*2*3*...*(k+1))/(3*5*7*...*(2k+1)*(2k+3)) 将分子和分母分别拆成两个部分,得到: s(k+1) - s(k) = [(1*2*3*...*k)*(k+1)]/[(3*5*7*...*(2k+1))*(2k+3)] 将分子和分母中的k+1和2k+3分别提取出来,得到: s(k+1) - s(k) = [(1*2*3*...*k)/(3*5*7*...*(2k+1))] * [(k+1)/(2k+3)] 根据假设,s(k)的值为: s(k) = 1 + 1/3 + (1*2)/(3*5) + (1*2*3)/(3*5*7) + ... + (1*2*3*...*k)/(3*5*7*...*(2k+1)) 将上式中的最后一项乘以(k+1)/(2k+3),得到: [(1*2*3*...*k)/(3*5*7*...*(2k+1))] * [(k+1)/(2k+3)] * (1*2*3*...*k)/(k+1) 将分子和分母中的k+1和k约掉,得到: [(1*2*3*...*k)/(3*5*7*...*(2k+1))] * [(1*2*3*...*k)/2k(2k+1)] 将上式中的两个分式相乘,得到: [(1*2*3*...*k)^2]/[2k(2k+1)*3*5*7*...*(2k+1)] 将上式代入s(k+1)-s(k)中,得到: s(k+1) - s(k) = [(1*2*3*...*k)^2]/[2k(2k+1)*3*5*7*...*(2k+1)*(2k+3)] 将上式中的k替换为k+1,得到: s(k+2) - s(k+1) = [(1*2*3*...*(k+1))^2]/[(2k+3)*(2k+4)*3*5*7*...*(2k+3)*(2k+5)] 将s(k+1)-s(k)和s(k+2)-s(k+1)相加,得到: s(k+2) - s(k) = [(1*2*3*...*(k+1))^2]/[2k(2k+1)*3*5*7*...*(2k+1)*(2k+3)*(2k+3)*(2k+4)*(2k+5)] 将上式中的分母化简,得到: s(k+2) - s(k) = [(1*2*3*...*(k+1))^2]/[2(2k+1)*(2k+3)*(2k+5)*3*5*7*...*(2k+1)] 将上式中的分子和分母分别拆成两个部分,得到: s(k+2) - s(k) = [(1*2*3*...*k)*(k+1)]^2/[2(2k+1)*(2k+3)*(2k+5)*3*5*7*...*(2k+1)*(2k+1)] * (k+1) 将分子和分母中的k+1和2k+5分别提取出来,得到: s(k+2) - s(k) = [(1*2*3*...*k)/(3*5*7*...*(2k+1))]^2 * [(k+1)^2/(2k+1)/(2k+3)/(2k+5)*3*5*7*...*(2k+1)*(2k+1)] 将上式中的分子和分母中的k+1和2k+1约掉,得到: s(k+2) - s(k) = [(1*2*3*...*k)/(3*5*7*...*(2k+1))]^2 * [(k+1)^2/(2k+3)/(2k+5)*3*5*7*...*(2k+1)] 将上式中的分子和分母中的k+1和2k+3提取出来,得到: s(k+2) - s(k) = [(1*2*3*...*k)/(3*5*7*...*(2k+1))]^2 * [(k+1)/(2k+3)]^2 将上式代入s(k+1)-s(k)中,得到: s(k+1) - s(k) = [(1*2*3*...*k)/(3*5*7*...*(2k+1))]^2 * [(k+1)/(2k+3)]^2 将上式中的k替换为n-1,得到: s(n) - s(n-1) = [(1*2*3*...*(n-1))/(3*5*7*...*(2n-3))]^2 * [n/(2n-1)]^2 将上式中的分子和分母分别拆成两个部分,得到: s(n) - s(n-1) = [(1*2*3*...*(n-2))/(3*5*7*...*(2n-5))]^2 * [(n-1)/(2n-3)]^2 * [(n-1)*(n)/(2n-1)] 将上式中的分子和分母中的n-1和2n-3提取出来,得到: s(n) - s(n-1) = [(1*2*3*...*(n-2))/(3*5*7*...*(2n-5))]^2 * [(n-1)/(2n-3)]^2 * [(n-1)/(2n-3)] * [(2n-2)/(2n-1)] 将上式中的分子和分母中的n-1和2n-5提取出来,得到: s(n) - s(n-1) = [(1*2*3*...*(n-3))/(3*5*7*...*(2n-7))]^2 * [(n-2)/(2n-5)]^2 * [(n-1)/(2n-3)] * [(2n-2)/(2n-1)] 以此类推,可以得到: s(n) - s(n-1) = [(1*2*3*...*2)/(3*5*7*...*(2n-1))]^2 * [1/(2n-1)] * [2/(2n-1)] * [3/(2n-1)] * ... * [(n-2)/(2n-1)] * [(n-1)/(2n-1)] 将上式中的分式相乘,得到: s(n) - s(n-1) = [(n-1)!/(2n-1)!]^2 * [(2n-2)!!/(2n-1)!!] 其中,!!表示双阶乘,即n!!=n*(n-2)*(n-4)*...*2(如果n为奇数)或n!!=n*(n-2)*(n-4)*...*1(如果n为偶数)。 将上式中的n替换为k,得到: s(k+1) - s(k) = [(k)!/(2k+1)!]^2 * [(2k)!!/(2k+1)!!] 将上式中的k替换为n-1,得到: s(n) - s(n-1) = [(n-1)!/(2n-1)!]^2 * [(2n-2)!!/(2n-1)!!] 因此,s(n)的值为: s(n) = s(1) + (s(2) - s(1)) + (s(3) - s(2)) + ... + (s(n) - s(n-1)) 代入上式中的公式,得到: s(n) = 4/3 + [(1!)/(3*2!)]^2 * [(2!!)/(3!!)] + [(2!)/(5*3!)]^2 * [(4!!)/(5!!)] + ... + [(n-1)!/((2n-1)*(n-2)!)]^2 * [((2n-2)!!)/((2n-1)!!)] 这就是s的值的公式。 ### 回答2: 这个数列的每一项都是由前一项乘上一个分数得到的。分母始终是由相邻两个奇数的乘积组成,即3*5、5*7、7*9等等;而分子则是从1开始,逐次乘上下一个自然数,直到乘到n。因此,分子的长度也随着n的增加而增加。 我们可以把式子中的每一项都通分,并把分子乘起来化简,得到: s = (1/3) * (2/5) * (3/7) * … * (n-2)/(2n-1) * (n-1)/(2n+1) * n/(2n+3) 然后,我们可以根据该式子按照求和的方法,将各项加起来。由于每一项均小于1,因此这个数列是收敛的。我们可以通过递归调用函数,让程序一次次地求和,直到误差足够小,得到最后的解。 有了这个公式,我们就可以对任意一个n,求出s的值。这备我们在计算统计学当中大有裨益,尤其是在需要求得长时间的概率时。 ### 回答3: 首先,我们注意到分式中分子的部分为连续的自然数积,分母的部分则为从3开始每次增加2的连续奇数积。这启示我们考虑把分式的分子与分母分别拆开,即: $\frac{1\times 2 \times 3 \times \cdots \times n}{3\times 5 \times 7\times \cdots \times (2n+1)}$ 接下来,我们考虑如何化简上式。将分式的分子与分母分别展开,则分别有: $1\times 2 \times 3 \times \cdots \times n = n!$ $3\times 5 \times 7\times \cdots \times (2n+1) = (2n+1)!! = \frac{(2n+1)!}{2^n\cdot (n+1)!}$ 其中,$(2n+1)!!$表示奇数的连续积,$(2n+1)!$表示奇数与偶数的间隔积,$n!$表示自然数的连续积。 代入上述式子得到: $\frac{1\times 2 \times 3 \times \cdots \times n}{3\times 5 \times 7\times \cdots \times (2n+1)}$ $=\frac{n!}{(2n+1)!!} \cdot \frac{2^n \cdot (n+1)!}{(2n+1)!}$ $=\frac{2^{n+1}}{2n+1}\cdot\frac{n+1}{n+1}\cdot\frac{n!}{(2n-1)!!}$ $=\frac{2^{n+1}(n+1)}{(2n+1)(2n)!!}$ 因此,原式化简为:$s=\frac{2}{3} \cdot \frac{4}{15} \cdot \frac{6}{35} \cdots \frac{2n}{(2n+1)(2n)!!}$ 该式子中,分子的部分为从2开始每次增加2的连续偶数积,分母的部分则为从3开始每次增加2的连续奇数积与$n+1$的积。这显然比原式化简后更易于处理。 于是,我们对上式取对数,得到: $\ln s=\ln\left(\frac{2}{3}\cdot\frac{4}{15}\cdot\frac{6}{35}\cdots\frac{2n}{(2n+1)(2n)!!}\right)$ $=\sum_{k=1}^n\ln\left(\frac{2k}{(2k+1)(2k)!!}\right)$ $=\sum_{k=1}^n\ln\left(\frac{1}{2(2k+1)}+\frac{1}{2}\ln\frac{4k^2}{(2k+1)^2}\right)$ 最后一个等式的转换使用了$\ln(a\cdot b)=\ln a+\ln b$和$\ln\frac{2k}{2k+1}-\ln(2k+1)=\ln\frac{1}{2(2k+1)}$。 在使用泰勒展开时,我们发现: $\ln\frac{4k^2}{(2k+1)^2}-\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{k^2}+O(\frac{1}{k^4})$ 将其代入原式,得到: $\ln s=\sum_{k=1}^n\left(\frac{1}{2}\cdot\ln\frac{1}{2(2k+1)}+\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{k^2}+O(\frac{1}{k^4})\right)$ 显然,$\ln s$的收敛性与级数$\sum\frac{1}{k^2}$的收敛性相同,即$\ln s$收敛。因此,对原等式两端取指数,得到: $s=e^{\ln s}=\prod_{k=1}^\infty\left(\frac{4k^2}{(2k+1)^2}\cdot e^{\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{k^2}+O(\frac{1}{k^4})}\right)$ 其中,$e^{\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{k^2}+O(\frac{1}{k^4})}$的常数项为1,$O(\frac{1}{k^4})$的项对无穷积的贡献为1。 继续化简,得到: $s=\sqrt{\frac{2}{\pi}}\cdot\prod_{k=1}^\infty\left(\frac{4k^2}{(2k+1)^2}\cdot\left(1+\frac{1}{12k^2}+O(\frac{1}{k^4})\right)\right)$ $=\sqrt{\frac{2}{\pi}}\cdot\prod_{k=1}^\infty\left(\frac{k^2}{(k+\frac{1}{2})^2}\cdot\left(1+\frac{1}{12k^2}+O(\frac{1}{k^4})\right)\right)$ $=\sqrt{\frac{2}{\pi}}\cdot\frac{\Gamma^2(\frac{3}{4})}{\Gamma^2(\frac{1}{4})}\cdot\sqrt{2}\cdot\left(1-\frac{1}{24}\cdot\left(\zeta(2)-\frac{7\pi^2}{120}\right)+O(\zeta(4))\right)$ 其中,$\zeta(x)$表示黎曼$\zeta$函数,$\Gamma(x)$表示伽玛函数。 由于用$\zeta(2)$和$\zeta(4)$表示出的误差项都是高阶无穷小,因此当$n$足够大时,原级数的误差可以用$O(\frac{1}{n^4})$的形式表示出来。而它的收敛速度非常快,因此可以很容易地得到高精度的计算结果。
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