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गणित · शब्दावली

योग्य कुल क्या है?

परिभाषा 7.8 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 2 · अध्याय 7 — अनुक्रम और श्रेणियाँ

मान लीजिए II कोई गणनीय सूचकांक समुच्चय है। अऋणात्मक वास्तविक संख्याओं का कुल (ui)iI(u_i)_{i \in I} योग्य कहलाता है जब उसके परिमित आंशिक योग परिबद्ध हों; और उसका योग

iIui=supFI परिमितiFui[0,+].\sum_{i \in I} u_i = \sup_{F \subseteq I \text{ परिमित}} \sum_{i \in F} u_i \in \intcc{0}{+\infty} .

है। वास्तविक अथवा सम्मिश्र (या बानाख सदिश) संख्याओं का कुल तब योग्य कहलाता है जब (ui)(\norm{u_i}) योग्य हो; और तब उसका योग धनात्मक/ऋणात्मक (अथवा वास्तविक/काल्पनिक) भागों में बाँटकर परिभाषित होता है — समतुल्य रूप से, II की सभी गणनाओं σ\sigma पर nuσ(n)\sum_{n} u_{\sigma(n)} के साझे मान के रूप में (नीचे देखिए)।

उदाहरण

उदाहरण 7.10 (विकर्ण गिनती से योग्यता)

किन s>0s > 0 के लिए कुल ((m+n)s)m,n1\bigl((m + n)^{-s}\bigr)_{m, n \geq 1} योग्य है? परिमित आंशिक योगों को विकर्णों m+n=km + n = k के अनुसार समूहबद्ध कीजिए: विकर्ण kk पर k1k - 1 युग्म हैं और हर एक ksk^{-s} का योगदान देता है, अतः परिमित योग ठीक

k2k1ks,\sum_{k \geq 2} \frac{k - 1}{k^{s}} ,

से परिबद्ध हैं (और उसे पूरा भी कर देते हैं) — यह धनात्मक पदों वाली श्रेणी है जो k1sk^{1-s} के समतुल्य है: अतः योग्य तभी जब s1>1s - 1 > 1, अर्थात् s>2s > 2। द्विविमीय सूचकांक पूरी एक घात खा जाता है: पदों का कोई समतल किसी रेखा से “एक विमा अधिक अपसारी” होता है — और योग्यता का निर्णय सूचकांक समुच्चय की गिनती-ज्यामिति करती है, अलग-अलग पदों का आकार नहीं। (इसी जनगणना से यह भी दिखता है कि ((m2+n2)1)\bigl((m^2 + n^2)^{-1}\bigr) योग्य नहीं है: विकर्ण m+n=km + n = k पर हर पद कम से कम k2k^{-2} है, और (k1)k2(k-1)\cdot k^{-2} हरात्मक श्रेणी की तरह जुड़ता है।)

उदाहरण 7.12 (रंगे हाथ पकड़ा गया एक पुनर्विन्यास)

एकांतर हरात्मक श्रेणी का योग n1(1)n1n=ln2\sum_{n\geq1}\frac{(-1)^{n-1}}{n} = \ln 2 है (प्रथम वर्ष का खंड)। उसे “एक धनात्मक, दो ऋणात्मक” के रूप में पुनर्विन्यस्त कीजिए:

11214+131618+151 - \frac12 - \frac14 + \frac13 - \frac16 - \frac18 + \frac15 - \cdots

तीन-तीन के हर खंड को समूहबद्ध करने पर

12k114k214k=14k214k=12(12k112k),\frac{1}{2k-1} - \frac{1}{4k-2} - \frac1{4k} = \frac{1}{4k-2} - \frac{1}{4k} = \frac12\Bigl(\frac{1}{2k-1} - \frac1{2k}\Bigr),

अतः पुनर्विन्यस्त श्रेणी 12ln2\frac12\ln 2 पर अभिसरित होती है — अर्थात् मूल योग का आधा, और वह भी ठीक उन्हीं पदों से। जो श्रेणियाँ निरपेक्ष रूप से अभिसारी नहीं हैं वे अपने पदों का क्रम याद रखती हैं; और योग्य कुल ठीक वे हैं जो नहीं रखते।

उदाहरण 7.17 (एक दोहरे योग का मूल्यांकन)

वास्तविक s>1s > 1 के लिए ζ(s)=n1ns\zeta(s) = \sum_{n\geq1} n^{-s} लीजिए। दोहरे योग से भाजक गिनने पर — (m,n)(N)2(m,n) \in (\N^*)^2 पर कुल (msns)(m^{-s}n^{-s}) योग्य है (अभिसारी धनात्मक श्रेणियों का गुणन) — और गुणनफल q=mnq = mn के अनुसार समूहबद्ध करने पर:

ζ(s)2=m,n1(mn)s=q=1d(q)qs,\zeta(s)^2 = \sum_{m,n} \frac{1}{(mn)^s} = \sum_{q=1}^{\infty} \frac{d(q)}{q^s},

जहाँ d(q)d(q) qq के भाजकों की संख्या है। योग्य कुल संचयशास्त्र को विश्लेषण में बदल देते हैं।

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