■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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