什么是欧拉-马歇罗尼常数(γ)?
调和级数 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + ⋯ 会发散,但增长得极其缓慢。即便加到一百万项,总和也才刚接近 14。自然对数 ln(n) 以同样的速度增长。欧拉-马歇罗尼常数 γ 正是两者之间的精确差值:γ = lim (1 + 1/2 + 1/3 + ⋯ + 1/n) - ln(n)。
调和部分和与 ln(n) 的差在 n 到 ∞ 时趋向 γ ≈ 0.5772。收 敛非常缓慢,即便 n = 1000,误差仍大约有 0.001。
γ 在分析学和数论中频繁出现。它把调和级数与黎曼 ζ 函数联系起来:形式上有 γ = -ζ′(1)。它还出现在伽马函数中,因为 Γ′(1) = -γ;也会出现在素数间隙分布、贝塞尔函数和 digamma 函数的渐近展开中。
γ 是有理数还是无理数,至今仍是数学中最古老的开放问题之一。几乎所有数学家都相信它甚至是超越数,但还没有证明。它已经被计算到超过 6000 亿个十进制位:0.57721566490153286060651209008240243…
红色阶梯曲线表示调和部分和 H(n),蓝色平滑曲线表示 ln(n)+γ。两者之间的差趋于 0,但会缓慢波动:H(n)−ln(n) 到 γ。
欧拉-马歇罗尼常数 γ 约等于 0.57721566490153286060。它是有理数还是无理数仍未知,也是数学中最著名的开放问题之一。欧拉在 1734 年首次发表了它,马歇罗尼在 1790 年独立重新计算。γ 会出现在伽马函数、黎曼 ζ 函数、梅滕斯素数乘积定理、贝塞尔函数以及素数间隙分布中。由于目前还没有已知的流式生成算法,它的数字通常需要预先计算并存储。
欧拉-马歇罗尼常数 γ is irrational. Its decimal expansion never ends and never repeats. The digits shown below are verified against the 调和级数减对数极限.
FAQ
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谁发现了欧拉-马歇罗尼常数?
Leonhard Euler 于1735年在研究调和级数与自然对数之差时首次描述了它。Lorenzo Mascheroni 于1790年将其计算到更多小数位,并赋予了符号 γ。 -
γ 是有理数还是无理数?
至今无人知晓。这是数学中最著名的未解问题之一。数学家们强烈怀疑 γ 是无理数,但尽管经过数百年的努力,至今未找到证明。它已被计算到超过6000亿位小数。 -
什么是调和级数?
调和级数是 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + ... 这个和无限增长··由 Nicole d'Oresme 在约1350年证明··但增长非常缓慢。γ 度量的正是当 n 趋向无穷时,这个和与 ln n 之间的精确差距。 -
与 π 和 e 相比,为什么 γ 被认为更神秘?
π 和 e 有已知的几何含义,并且都已被证明是超越数。γ 源于离散求和与连续函数之间更微妙的比较。甚至它最基本的性质··它是否可以是一个分数··都仍未解决。 -
γ 出现在科学的哪些领域?
γ 出现在素数分布中、在 s=1 附近的黎曼 ζ 函数中、在整数值处的 Gamma 函数中、在对波动物理学很重要的 Bessel 函数中,以及在天线信号覆盖计算中。