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伯努利公式表

生活 更新时间:2025-01-26 15:38:11
從特例出發,提出問題

首先我們來看四個求和公式:

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)1

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:

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)2

那麼真實情況如何呢?

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)3

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

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)4

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:

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)5

牛頓二項式定理

再結合楊輝三角數,可以直接出展開式,如

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)6

給我們帶來了巨大的方便性。


伯努利數(Bernoulli Numbers)

如下表格中的Bi即為伯努利數。

伯努利數與

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)7

的求和公式的系數有如下關系:

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)8

令p=4,我們得到

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)9

與前面的結論一緻。

令p=20,得到

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)10

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?


伯努利數的求法

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。

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)11

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:

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)12

另外,伯努利數也可以通過黎曼Zeta函數求得:

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)13


伯努利多項式

根據伯努利數生成的如下多項式

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)14

為伯努利多項式。其中Bk為伯努利數。

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)15

對應的坐标曲線如下圖所示:

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)16

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。

伯努利公式表(伯努利數與伯努利多項式)17

Jacob Bernoulli‎

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