首先我們來看四個求和公式:
那麼我們能從前面三個公式找出哪些規律來呢?
1. 自然數的m次方求和,公式是一個m 1次方的多項式;
2. 多項式的最高次項系數為1/(m 1);
3. 次高項(x^m)的系數為1/2。
再也看不出其它規律了。
根據上述規律,我們可以推推斷一下自然數的四次方和形式如下:
那麼真實情況如何呢?
果然如此,我們猜對了!!!
我們不是數學家,隻能到這一步了,但帶"家"的人不會就此止步。
雅各布·伯努利(Jacob Bernoulli,1654-1705),牛頓同時代的另一位神仙級"家"人物,受牛頓二項式定理的啟發,終于通過锲而不舍的連蒙帶猜,徹底地解決了這個問題,即對任意自然數m,他找到了求
的通項公式。
牛頓也是連蒙帶猜,找到了二項式展開的通項公式:
牛頓二項式定理
再結合楊輝三角數,可以直接出展開式,如
給我們帶來了巨大的方便性。
如下表格中的Bi即為伯努利數。
伯努利數與
的求和公式的系數有如下關系:
令p=4,我們得到
與前面的結論一緻。
令p=20,得到
有了伯努利常數,我們就可以直接寫出前若幹項自然數的n次幂的和了。是不是很方便?
但是,伯努利數是如何求得的呢?
就是将如下公式左邊用泰勒級數展開,得到右邊的式子,其中的系數中的Bn即為伯努利數。
可以求出B0, B1, B2, B3,…。
由于上式中求更多的展開式比較困難,人們得到了一種更方便的求伯努利的遞推方法:
另外,伯努利數也可以通過黎曼Zeta函數求得:
根據伯努利數生成的如下多項式
為伯努利多項式。其中Bk為伯努利數。
對應的坐标曲線如下圖所示:
據說,随着m越來越多,Bm(x)長得越來越像正弦函數。
伯努利多項式有廣泛的應用(如黎曼Zeta函數),這裡就不做介紹了。
Jacob Bernoulli
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