前言
所有自然数的和相加为多少呢,即 111+++222+++333+++444+++555+++666+++⋯\cdots⋯===???,估计我们都会说是 +∞+\infty+∞,但数学家说 111 +++ 222+++333+++444+++555+++666+++ ⋯\cdots⋯ === −112-\frac{1}{12}−121,那么数学家到底是如何计算的呢?以下是数学家使用的最简计算过程,大家自行体会:
相关储备
求值:S=1−1+1−1+1−1+1−1+⋯S=1-1+1-1+1-1+1-1+\cdotsS=1−1+1−1+1−1+1−1+⋯
解: S=1−1+1−1+1−1+1−1+⋯S=1-1+1-1+1-1+1-1+\cdotsS=1−1+1−1+1−1+1−1+⋯
即,S=S=S=1−(1−1+1−1+1−1+1−1+⋯)1-(1-1+1-1+1-1+1-1+\cdots)1−(1−1+1−1+1−1+1−1+⋯)
则 S=1−SS=1-SS=1−S,解得 S=12S=\frac{1}{2}S=21 .
正式求解
求值:111+++222+++333+++444+++555+++666+++⋯\cdots⋯===???
解:令 S1=S_1=S1=111+++222+++333+++444+++555+++666+++⋯\cdots⋯ ①
再令 \quadS2=S_2=S2=111−-−222+++333−-−444+++555−-−666+++⋯\cdots⋯ ②
①-② 得到,S1S_1S1−-−S2S_2S2===444+++888+++121212+++161616+++⋯\cdots⋯ === 4(111+++222+++333+++444+++555+++666+++⋯\cdots⋯)=== 4S14S_14S1
即 −3S1=S2-3S_1=S_2−3S1=S2, 则 S1=−13S2S_1=-\frac{1}{3}S_2S1=−31S2,以下重点求解 S2S_2S2,
由于 S2S_2S2===111−-−222+++333−-−444+++555−-−666+++⋯\cdots⋯
则 \quadS2S_2S2 === 0+111−-−222+++333−-−444+++555−-−666+++⋯\cdots⋯ \quad 此处用 000 补位,是为了错位相加,
则 2S2=1−1+1−1+1−1+1−1+⋯2S_2=1-1+1-1+1-1+1-1+\cdots2S2=1−1+1−1+1−1+1−1+⋯,而由上题我们知道,1−1+1−1+1−1+1−1+⋯=121-1+1-1+1-1+1-1+\cdots=\frac{1}{2}1−1+1−1+1−1+1−1+⋯=21,
故 2S2=122S_2=\frac{1}{2}2S2=21, S2=14S_2=\frac{1}{4}S2=41,代入 S1=−13S2S_1=-\frac{1}{3}S_2S1=−31S2,
可得到, S1=−112S_1=-\frac{1}{12}S1=−121,即 111+++222+++333+++444+++555+++666+++⋯\cdots⋯===−112-\frac{1}{12}−121,逆天吧 .
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