■調和数の性質(その4)

 1+1/2+1/3+1/4+1/5+・・・=∞

[証]

 1+1/2+1/3+1/4+1/5+・・・+1/9>9/10

 1/10+1/11+1/12+・・・+1/99>90/100

 1/100+1/101+・・・+1/999>900/1000

 1/1000+1/1001+・・・+1/9999>9000/10000

 (その3)では,

 1/2+1/2・2^2+1/3・2^3+1/4・2^4+1/5・2^5+・・・=2ln2

 1/10+1/2・10^2+1/3・10^3+1/4・10^4+1/5・10^5+・・・=10/9・ln(10/9)

 一般に

 1/(1−z)・ln(1/(1−z))=Σ(Hn)z^n

z≠1であれば,同じ理由から収束するのである.

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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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