Alle boeken

Professioneel

Apps Over Coach Inloggen Begin met lezen

Wiskunde · Begrippenlijst

Wat is sommeerbare familie?

Definitie 7.8 Universitaire wiskunde — Bachelor jaar 2 · Hoofdstuk 7 — Rijen en reeksen

Zij II een aftelbare indexverzameling. Een familie (ui)i∈I(u_i)_{i \in I} van niet-negatieve reële getallen heet sommeerbaar wanneer de eindige partiële sommen begrensd zijn; haar som is

∑i∈Iui=sup⁡F⊆I eindig∑i∈Fui∈[0, +∞].\sum_{i \in I} u_i = \sup_{F \subseteq I \text{ eindig}} \sum_{i \in F} u_i \in \intcc{0}{+\infty} .

Een familie reële of complexe getallen (of vectoren uit een banachruimte) heet sommeerbaar wanneer (∥ui∥)(\norm{u_i}) dat is; haar som wordt dan gedefinieerd door te splitsen in een positief en een negatief (of een reëel en een imaginair) deel — gelijkwaardig: als de gemeenschappelijke waarde van ∑nuσ(n)\sum_{n} u_{\sigma(n)} over alle opsommingen σ\sigma van II (zie hieronder).

Voorbeelden

Voorbeeld 7.10 (Sommeerbaarheid door diagonalen te tellen)

Voor welke s>0s > 0 is de familie ((m+n)−s)m,n≥1\bigl((m + n)^{-s}\bigr)_{m, n \geq 1} sommeerbaar? Groepeer de eindige partiële sommen naar de diagonalen m+n=km + n = k: de diagonaal kk draagt k−1k - 1 paren, elk met bijdrage k−sk^{-s}, dus worden de eindige sommen precies begrensd door (en uitgeput door)

∑k≥2k−1ks,\sum_{k \geq 2} \frac{k - 1}{k^{s}} ,

een reeks met positieve termen die equivalent is met k1−sk^{1-s}: sommeerbaar dan en slechts dan als s−1>1s - 1 > 1, dat wil zeggen s>2s > 2. De tweedimensionale index vreet een volle macht op: een vlak van termen is “één dimensie divergenter” dan een rechte — de teltmeetkunde van de indexverzameling, niet de grootte van de afzonderlijke termen, beslist over de sommeerbaarheid. (Dezelfde telling laat zien dat ((m2+n2)−1)\bigl((m^2 + n^2)^{-1}\bigr) niet sommeerbaar is: op de diagonaal m+n=km + n = k is elke term minstens k−2k^{-2}, en (k−1)⋅k−2(k-1)\cdot k^{-2} sommeert als de harmonische reeks.)

Voorbeeld 7.12 (Een herschikking op heterdaad betrapt)

De alternerende harmonische reeks heeft som ∑n≥1(−1)n−1n=ln⁡2\sum_{n\geq1}\frac{(-1)^{n-1}}{n} = \ln 2 (volume van bachelorjaar 1). Herschik haar als “één positieve, twee negatieve”:

1−12−14+13−16−18+15−⋯1 - \frac12 - \frac14 + \frac13 - \frac16 - \frac18 + \frac15 - \cdots

Groeperen we per blok van drie, dan is

12k−1−14k−2−14k=14k−2−14k=12(12k−1−12k),\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),

zodat de herschikte reeks naar 12ln⁡2\frac12\ln 2 convergeert — de helft van de oorspronkelijke som, met precies dezelfde termen. Niet-absoluut convergente reeksen onthouden de volgorde van hun termen; sommeerbare families zijn juist die welke dat niet doen.

Voorbeeld 7.17 (Een dubbelsom uitgerekend)

Zij voor reële s>1s > 1 de waarde ζ(s)=∑n≥1n−s\zeta(s) = \sum_{n\geq1} n^{-s}. Delers tellen met een dubbele sommatie — de familie (m−sn−s)(m^{-s}n^{-s}) over (m,n)∈(N∗)2(m,n) \in (\N^*)^2 is sommeerbaar (een product van convergente positieve reeksen) — en groeperen naar het product q=mnq = mn geeft

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

waarbij d(q)d(q) het aantal delers van qq is. Sommeerbare families maken van combinatoriek analyse.

Lees in het hoofdstuk →