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MATLAB 求和与对数之间的关系

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发表于 2024-9-26 17:19 |只看该作者 |倒序浏览
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这段MATLAB代码用于计算一个极限,具体是涉及到求和与对数之间的关系。以下是对这段代码的详细解释:0 P  Q3 p$ E0 A: i# w% F. a

. _9 Y* b+ }. }. {4 m0 W% J### 1. 定义符号变量5 f& I  _8 Y: J, n# ]
```matlab0 T6 q3 w' K( D& w$ k3 g
syms m n;
* s, e' ^1 o  v/ X  L```- H1 N/ A1 Q8 v1 b! V
- 使用 `syms m n` 定义了两个符号变量 `m` 和 `n`,这两个变量将用于后续的符号运算。
: E$ O) |! T0 J$ J4 O8 G- \! ]2 Y8 |2 f2 r
### 2. 计算求和和对数的差
7 [2 `% b9 ]" h! t4 N```matlab
  1. limit(symsum(1/m, m, 1, n) - log(n), n, inf)
复制代码
```
0 d/ o) Z8 f6 S. i- f% x# @2 Q- `symsum(1/m, m, 1, n)`:
4 I4 ~, ~1 c9 y. b7 t  - `symsum` 函数计算从 `m=1` 到 `m=n` 的级数和,这里具体是求 `1/m` 的和。
8 b2 o( P0 @1 `; D4 m7 K: r4 T# G  - 结果是哈默尼克级数,表示为 \( H_n = \sum_{m=1}^{n} \frac{1}{m} \)。
% E! A% [0 Z9 q* O& e( b5 H9 i) ^- @$ z) Q& M6 \
- `log(n)`:9 l( a% G1 ?6 Q- \5 R
  - 这是以自然对数为底的对数函数,表达 `n` 的对数。: i. ~- t  ^4 U) ]( U1 [8 ^

8 y, a2 y$ x! x6 i$ U* S- `limit(..., n, inf)`:4 l5 |/ C' N9 T$ Z& Q) e1 {
  - `limit` 函数用于计算当 `n` 趋近于无穷大时,`(H_n - \log(n))` 的极限。
4 A& j6 v; k0 {  Z: j  - 根据调和级数的性质,我们知道 \( H_n \) 的增长速率与 \( \log(n) \) 相关,且 \( H_n \) 与 \( \log(n) \) 的差收敛于一个常数。
3 D0 h3 W+ r" }* A0 R
. q9 ^  t3 j& X" r### 3. 显示结果
  1. vpa(ans, 70)  % 显示 70 位有效数字
复制代码
- `vpa(ans, 70)`:) P4 {9 [6 p  o* U: ?) k# Y7 L
  - `vpa` 表示“可变精度算术”,用于以高精度显示计算结果。1 u& s( b! R2 @9 w$ M4 Z% A
  - `ans` 是 MATLAB 中的默认变量,它保存上一个计算的结果。
( z+ n; X- X  M) W7 F  - 该函数将结果显示为70位有效数字。  ]) }+ R2 d) _; v& ^
% i: m! r' y& j+ ^; Z% a
### 总结
1 M% ?* G+ ~( n8 a& x这段代码首先计算出哈默尼克级数的和与自然对数之间的差,当 `n` 趋于无穷时的极限。然后,结果将以70位有效数字的形式输出。这个极限的值实际上是著名的常数——欧拉–马歇罗尼常数(Euler–Mascheroni constant),通常记作 \( \gamma \),即:
) n& W5 v9 a/ X6 _\[
! a; |# ~- R# q/ C6 @$ \/ A8 g- v3 q\gamma = \lim_{n \to \infty} \left( H_n - \log(n) \right)% M; E0 g8 P5 f* `- S6 L  F
\]" V( M. B: `/ f1 U/ w) }
此常数的值大约为 0.577215664901532。但是,通过 `vpa` 能够提供更多的有效位数,使结果更为精确。4 @5 Y0 I( c: A4 F" B* s9 A

& I- k. k! n$ _3 l7 a. c( B. g  ]' x' b( R$ d" L9 t

1 z9 [$ V% u. W& w# f. z
zan
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