■無零調和級数の収束

 どこにも0がでてこない整数の逆数和は,収束はすごく遅いのであるが,23.10345・・・に収束する.

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【1】diet調和級数の収束

 調和級数は発散しますが,分母に9が含まれている項をすべて取り除けば発散しなくなります.

  J=(1/1+・・・+1/8)+(1/10+・・・1/18+1/20+・・・+1/88)+(1/100+・・・+1/888)+・・・

において,括弧内のすべての項を括弧内の最大項に置き換えると

  1/1+・・・+1/8<1/1+・・・1/1<9/1

  1/10+・・・1/18+1/20+・・・+1/88<1/10+・・・1/10<9^2/10

  1/100+・・・+1/888<1/100+・・・1/100<9^3/10^2

  J<9/1+9^2/10+9^3/10^2+・・・=9/(1−9/10)=90

したがって,9をすべて取り除いた調和級数は収束します.同様に,取り除く数がどれであっても収束するのですが,10%の数を取り除くと収束する・・・なにか奇異に感じられませんか?

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【2】すべての数の中に9が含まれる数はいくつあるか?

 種明かしをしよう.1から10^nまで,数字xが含まれる数字の個数は(10^n−9^2),したがって,xが含まれる数字の比率は(10^n−9^n)/10^n=1−(9/10)^nで表される.

 したがって,1から10までで10%,100までで19%,1000までで27%,10000までで34%であるが,桁数が大きくなるほどxが含まれる確率は高くなり,この後,急速に100%に近づく.10%でなく事実上ほとんどすべての数にxが含まれているといえるのである.

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【3】無零調和級数の収束

[Q]分母に0が含まれている項をすべて取り除けば無零調和級数は収束する.

[A]10^α-1と10^αの間にある無零数の個数は9^α個だから,その間にある無零数の逆数の和は9^α/10^α-1より小さい.したがって,

  Σ1/a<Σ9^α/10^α-1=9/(1−9/10)=90

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【4】まとめ

 9抜きでも0抜きでも,どの1桁の数字を抜いても残った項は有限の値に収束する.さらにいうと1桁の数に限る必要はなく,どんな数を抜いても間引いた調和級数は収束する.9でも314159でも同じ理由から収束するのである.

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