欧拉乘积公式的推导过程,大学课本里还是有的,但又有多少人会自己推导一遍呢?

将公式直接拿来用就完事了!

经过田立心连比带画地将这个公式推导了一遍,许多人都豁然开朗了。

但还有不少人根本就不知道,这个公式的意义在哪?

欧拉乘积公式的意义在于,对全体质数的某些运算可以转移成对全体自然数的运算。这么一来,通过研究对自然数的求和Σnn-s,就有可能对质数获得更深刻的认识。

这个求和是非常重要的,所以它有一个专门的名称,——黎曼ζ函数。

这个函数明明是欧拉先提出来的,为什么会叫黎曼ζ函数呢?

田立心并没有立即给出答案,而是提出新的问题,“我们来到第二个部分,我来先问几个问题,两个自然数互质的概率是多少?什么是互质?n个自然数互质有没有通项公式呢?”

“自然数互质,意思就是它们没有共同的质因数,它们的最大公约数是1。例如2和3互质,2和15互质,但15和21不互质,因为15和21都以3作为质因数。由此得知,任意两个不同的质数是互质的,一个质数和一个不以它作为质因数的合数是互质的,1和任意自然数都是互质的。”田立心解释了互质的概念后,便利用欧拉乘积公式写下了两个自然数互质的数学表示方法,并一步步计算了下去。

计算的结果显示,得到n个自然数互质的概率正好等于所有自然数的倒数之和,这个数也称为调和级数——也就是1/ζ(s)。

特别说明,这个函数中的s是大于1的。

也就是说,随着s趋于无穷大,ζ(s)=Σnn-s当中只有第一项1不受影响,后面的项都迅速地趋近于0,所以ζ(s)会趋近于1。相应的,s个自然数互质的概率会趋近于100%。

要是s=1呢?

ζ(1)会等于无穷大!

也就是说,调和级数是发散的!

但在这个推导过程中,是包含一个前提的,——就是ζ(s)是一个有限值,或者说ζ(s)是收敛的。

只有在这个前提之下,才能将它当成一个正常的数进行各种操作,例如乘以1-f(2),消去所有包含2n的项。

假如ζ(s)是发散的,这样的操作就是毫无意义的,这会带来各种各样的错误结果。

被人调侃的全体自然数之和等于-1/12,便是这样计算出来

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