1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1......,这样一个无限循环的算式,你知道等于几吗?

乍一看,可能会觉得非常简单,但仔细想一想就会陷入迷茫之中,有人认为它等于1,有人认为它等于0,你觉得哪个答案是正确的呢?因为是一个无限循环的算式,所以要计算它的结果,就需要给它进行一下变形,按照基本的加减算式加括号的规则,这个算式可以变为这个样子:1-(1-1)-(1-1)-(1-1)......,也就等于1-0-0-0......,很显然,这个无限循环算式应该等于1。



如果只是到此为止,那么我们似乎已经找到了答案,但问题是这个无限循环算式不能够变换成上述的一种形式,还有另一种变形。

也就是变为:(1-1)+(1-1)+(1-1)+(1-1)......,按照加减算式的加括号规则,这种变形也是完全正确的,继续进行计算就等于0+0+0+0......,所以这个无限循环算式的最终结果就是等于0。两种算式的变形方式都没有错,计算也没有错,但最终的结果却是完全不同的,这说明有一种计算方式错了,也可能两个都错了。



其实除了这两种计算方法之外,还有第三种方法。

我们可以将这个无限循环循环算式定义为X,那么-X就等于-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1......,把这个算式中的第一个-1单独拿出来,后面的算式其实就是X,所以这个算式其实就是-1+X。既然-X=-1+X,那么2X就等于1,X就等于1/2。现在好了,除了0和1以外,现在又出现了第三种答案,这到底是怎么一回事呢?数学是最严谨的科学,同一个算式不可能出现三个不同的答案,根本原因在于这三种计算方式都不适用于这个无限循环算式。



几个算式是一个级数,而级数可以分为收敛级数和分散级数。

什么是收敛级数呢?假如有一个无限循环算式是S1+S2+S3+S4......+Sn,随着n趋向于无穷大,这个算式的结果会收敛为一个固定的极限值,那么这个级数就是一个收敛级数。而1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1......这个算式就不同了,1-1=0,1-1+1=1,1-1+1-1=0,1-1+1-1+1=1,答案会不断在0和1之间跳跃,永远呈现发散式,不会向一个固定的答案收敛,所以它是一个分散级数。



分散级数没有固定的和吗?也不是。

分散级数按照常规的计算方法是没有固定的和的,但它存在着一个切萨罗和。具体的计算方法是这样的,先要对这个算式的和取平均,算式是(1+0+1+0+1......)/n,此时我们会发现,当n等于1时,平均值为1/1,当n等于2时,平均值为1/2,当n等于3时,平均值为2/3,当n等于4时,平均值为2/4。据此,我们可以发现一个规律,那就是当算式和的数量为2n时,算式的和就等于n/2n,也就是1/2。所以这个级数的切萨罗和就是1/2。



这不是与一开始使用的第三种方法计算出的最终结果一样吗?

的确是一样的,但这并不意味着前面的第三种计算方法是正确的,它们只是恰好结果一样罢了。而且前面那种方法计算的是级数的和,而我们后面计算的是分散级数的切萨罗和。那么“和”与“切萨罗和”到底有何区别呢?你可以认为“和”是现实世界存在的答案,切萨罗和则主要是数学意义上的,而切萨罗和本身在数学领域也有着诸多应用。当然,切萨罗法只是计算分散级数的一种方法,除此之外还有好几种其他方法,未来我们再做介绍。

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