具体数学-第6课(下降阶乘幂)

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上节课讲到下降阶乘幂和差分运算,这节课继续讲它和差分的各种性质。

性质1


首先在后面章节会证明,${(x + y)^{\underline{m}}}$的二项展开形式和普通的${(x + y)^m}$是一样的,这里提一下,暂时用不到。

性质2


接下来给出下降阶乘幂为负数的定义:
<!–swig2–>

性质3


和普通幂${x^{m + n}} = {x^m}{x^n}$不同,下降阶乘幂有如下性质:
<!–swig4–>

性质4


上一节课说到,定义下降阶乘幂的好处就是为了求差分方便,下降阶乘幂的差分为:
<!–swig5–>
反之,类比不定积分,它的不定和为:
<!–swig6–>

但是这里$m \ne - 1$,那要是$m = - 1$怎么办呢?
直接运用差分定义可以求出
<!–swig9–>

所以
<!–swig10–>

性质5


在微积分里面,$e^x$的导数是它自身。那么什么函数的差分是自身呢?
通过定义可以很容易算出来:
<!–swig12–>

进一步推广可以得到:
<!–swig13–>
所以得到如下一种新的等比数列计算方式:
<!–swig14–>

性质6


结合律和分配律在差分运算里也适用。
<!–swig15–>

性质7


类似分部积分,这里也可以分部来求差分。
<!–swig16–>
这里给出一个新的记号叫做移位运算:
<!–swig17–>
所以就得到了差分的分部运算法则:
<!–swig18–>
对两边求和,又可以得到不定求和的分部运算法则:
<!–swig19–>

这个分部法则非常有用,下面举两个例子来说明一下怎么用。

例1

一道老题,计算:
<!–swig20–>
首先计算
<!–swig21–>
在这里可以令
<!–swig22–>
所以
<!–swig23–>
那么求和式就可以转化为不定求和来算了:
<!–swig24–>

例2

计算
<!–swig25–>
首先计算
<!–swig26–>
这里注意要令
<!–swig27–>
不能倒过来哦,因为$H_x$的不定和很难求出来的。所以
<!–swig29–>

所以
<!–swig30–>

无限求和


回顾一下以前我们是怎么计算下面求和式的。
<!–swig31–>
首先两边同时乘2,得到:
<!–swig32–>
解出
<!–swig33–>

那么可不可以用同样的方法计算下面式子呢?
<!–swig34–>
两边同时乘2,得到:
<!–swig35–>
解出
<!–swig36–>
显然不可能,因为这里的$T$是发散的,所以不能这么求。那么如何用一般的方法来求解呢?

首先我们只考虑正数求和,求解$\sum\limits_{k \in K} { {a_k}} $,其中$K$是一个无限集合。
那么,如果存在$A$,使得对任意$F \subset K$,都有
<!–swig42–>
那么我们说这个最小的$A$就是$\sum\limits\_{k \in K} { {a_k}} $的结果。
如果不存在这么一个$A$,那么这个求和式就是发散的,即结果为正无穷。

一般使用中,对于$K = N$,我们可以令$F = \{ 0,1,2, \ldots ,n\} $
所以
<!–swig48–>

举两个例子,比如
<!–swig49–>
再如:
<!–swig50–>

剩下的问题就是如何求有正有负的和式?

可以考虑的方案就是用不同的配对,将正负组合在一起,从而相消求和。

但是不同的组合方式会得到不同的答案。就比如:
<!–swig51–>
有两种组合方式:
<!–swig52–>
和
<!–swig53–>
得到了两种不同的结果。

事实上,我们可以将正数和负数分开求和,因为正数求和我们已经解决了,所以我们定义:
<!–swig54–>
其中
<!–swig55–>

所以求和式可以分成两部分分别求和:
<!–swig56–>

最后推广到二重求和:
<!–swig57–>

这里也没啥好细说的,就先了解了解吧。


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