$$Найти\quad\lim_{x\rightarrow0+}\sum_{n=1}^\infty\frac{(-1)^n}{n^x}.$$ задан 11 Июл '13 12:17 Anatoliy |
Пусть $$\eta(s)=\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n-1}}{n^s},$$ что имеет смысл при всех вещественных $%s > 0$%. Требуется найти предел функции $%-\eta(s)$% при $%s\to0\mathord{+}$%. При $%s > 1$% имеет место следующее разложение в бесконечное произведение: $$\eta(s)=(1-2^{-s}-2^{-2s}-\cdots)(1+3^{-s}+3^{-2s}+\cdots)\cdots(1+p^{-s}+p^{-2s}+\cdots)\cdots,$$ где произведение берётся по всем простым $%p$%, а сам факт вытекает из основной теоремы арифметики. Первый сомножитель здесь равен $%2-(1-2^{-s})^{-1}$%, и если его заменить на $%1+2^{-s}+2^{-2s}+\cdots=(1-2^{-s})^{-1}$%, то получится разложение в бесконечное произведение дзета-функции Римана $$\zeta(s)=\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac1{n^s},$$ где $%s > 1$%. Для этих значений $%s$% отсюда вытекает тождество $%\eta(s)=(1-2^{1-s})\zeta(s)$%. Это же тождество справедливо для аналитических продолжений функций при $%{\mathop{\rm Re\,}}s > 0$%, где продолжение дзета-функции задаётся формулой, справедливой при вещественных $%s > 1$% и доказываемой для этих значений через суммирование Абеля: $$\zeta(s)=s\int\limits_1^{\infty}\frac{\lfloor{x}\rfloor}{x^{s+1}}dx.$$ Этот интеграл после выражения целой части через дробную преобразуется к виду $$\zeta(s)=\frac1{s-1}+\frac12+s\int\limits_1^{\infty}\frac{\{x\}-\frac12}{x^{s+1}}dx.$$ Последний интеграл мажорируется по модулю константой, откуда следует, что при $%s\to0\mathord{+}$% предел $%\zeta(s)$% равен $%-1/2$%. С учётом тождества, связывающего функции $%\eta$% и $%\zeta$%, получаем, что предел $%\eta(s)$% при $%s\to0\mathord{+}$% равен $%(1-2)(-1/2)=1/2$%. Следовательно, предел суммы ряда из условия задачи равен $%-1/2$%. отвечен 11 Июл '13 14:59 falcao Проверьте решение.
(11 Июл '13 19:29)
Anatoliy
@Anatoliy: я исправил несколько опечаток (добавил минусы в показателях степеней в двух местах).
(12 Июл '13 0:12)
falcao
Ваш метод дает правильный результат. Есть решение, мне так кажется, попроще. В нем используется преобразование Абеля для рядов и свойство равномерной непрерывности функции (не используется дзета-функция). Раз нет других решений, то принимаю Ваше решение.
(12 Июл '13 12:01)
Anatoliy
У меня было ощущение, что можно использовать какой-то приём и свести ряд, например, к интегралу -- подобно тому, как это делается для дзета-функции. Так было бы наверняка проще, но мне сходу не удалось придумать подходящую формулу, и я просто опирался на знакомые мне вещи.
(12 Июл '13 12:13)
falcao
|