■結晶と相転移(その37)

 (その35)を補足しておきたい.

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【1】条件収束する級数

  1/1−1/2+1/3−1/4+・・・=log2

  1/1+1/2+1/3+1/4+・・・=∞

 負の項が2つの連続する正の項をはさんで現れる級数

  {1/1+1/3−1/2}+{1/5+1/7−1/4}+・・・=3/2log2

正の項に引き続いて負の項が2つの連続する級数

  {1/1−1/2−1/4}+{1/3−1/6−1/8}+・・・=1/2log2

(証明)

  {1/1−1/2−1/4}+{1/3−1/6−1/8}+・・・

  =1/2log2を示す.

 与えられた級数は

 Σ{1/(2n−1)−1/2(2n−1)−1/(2(2n−1)+2)}

=Σ{1/(4n−2)−1/4n}

 一方,1/1−1/2+1/3−1/4+・・・=log2より

1/2log2=1/2−1/4+1/6−1/8+・・・

       =(1/2−1/4)+(1/6−1/8)+・・・

       =Σ{1/(4n−2)−1/4n}

 一般に,

  1/1−1/2+1/3−1/4+・・・=log2

の項の順序を,正の項をm個,負の項をn個ずつ交互に並べ替えてできる級数の和は

  log2+1/2・logm/n

となる.

[1]m=2,n=1→3/2log2

[2]m=1,n=2→1/2log2

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【2】証明

 並べ替えた数列

{(1/1+1/3+1/5+・・・+1/(2m−1))−(1/2+1/4+1/6+・・・+1/2n)}+{(1/(2m+1)+1/(2m+3)+1/(2m+5)+・・・+1/(4m−1))−(1/(2n+2)+1/(2n+4)+1/(2n+6)+・・・+1/4n)}+・・・

のk次部分和は,

{(1/1−1/2+1/3−1/4+1/5+・・・+1/(2km−1)−1/2km)+(1/2+1/4+1/6+・・・+1/2km)−(1/2+1/4+1/6+・・・+1/2kn}

=log2+o(1/km)+1/2(log(km)+logγ+o(1/km))−1/2(log(kn)+logγ+o(1/kn)

=log2+1/2・log(m/n)+o(1/km)+o(1/kn)

}+{(1/(2m+1)+1/(2m+3)+1/(2m+5)+・・・+1/(4m−1))−(1/(2n+2)+1/(2n+4)+1/(2n+6)+・・・+1/4n)}+・・・

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