调和级数求和
调和级数求和
调和级数：\(1+\frac{1}{2}+\frac{1}{3}+\cdots+\frac{1}{n}\)是一个发散的序列，求和公式为：
\[\sum^{n}_{i=1}{\frac{1}{i}}=ln(n+1)+\gamma
\]
其中\(\gamma\)为欧拉常数，\(\gamma\approx0.5772156\ldots\)
证明过程
- 首先需要知道不等式\(\frac{1}{n+1}<ln(1+\frac{1}{n})<\frac{1}{n}\)（通过\(\frac{1}{\lfloor x+1 \rfloor}\)和\(\frac{1}{x}\)和\(\frac{1}{\lfloor x \rfloor}\)三个函数的积分就可以得出）
- \(\sum^{n}_{i=1}{\frac{1}{i}}=1+\frac{1}{2}+\cdots+\frac{1}{n}>ln(1+1)+\cdots+ln(1+\frac{1}{n})=ln(n+1)\)，所以调和级数发散
- \(\sum^{n}_{i=1}{\frac{1}{i}}=1+\frac{1}{2}+\cdots+\frac{1}{n}<1+ln(1+1)+\cdots+ln(1+\frac{1}{n-1})=1+ln(n)\)
- 令\(S_n=\sum^{n}_{i=1}{\frac{1}{i}}-ln(n)<1\)，也就是说有上界
- 且\(S_{n+1}-S_n=\frac{1}{n+1}-ln(\frac{n}{n+1})>0\)，也就是单调递增
- 由单调有界极限定理可知\(S_n\)有极限，这个极限就是欧拉常数\(\gamma\approx0.5772156\ldots\)
