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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:) e# S7 A- G. h, A" ]6 B, j! v% I
- x% |. l* W! t0 C; G3 M
### 1. 定义符号变量& k% l' Q+ P) U! x( I
```matlab7 v' o8 m3 v* f
syms m n;
1 b, z" ?- m+ P  e% s$ K```
/ ~* U/ q6 ~, T% D, W, v) H- 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。/ Z  A2 i! G8 [8 `9 N( @! h

+ Z; x- d. b, N### 2. 计算求和和对数的差
+ h0 V4 d; ^9 L; r```matlab
  1. limit(symsum(1/m, m, 1, n) - log(n), n, inf)
复制代码
```
/ ?9 w. c2 ?$ O" _' _1 L$ _; i0 W- `symsum(1/m, m, 1, n)`:6 w, e& l1 ~' {5 V% V- q
  - `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。0 n! y: L* ]7 M! K. Y
  - 结果是哈默尼克级数,表示为 \( H_n = \sum_{m=1}^{n} \frac{1}{m} \)。
4 P6 i) V9 x/ c) o  r0 T% o- }' `' Z  Z/ Q0 S' b/ P+ M0 w* r
- `log(n)`:
) v" t) b; ]+ I9 |; l+ @  E& p# R  - 这是以自然对数为底的对数函数,表达 `n` 的对数。
& j/ M# e$ W( w. g# M, B+ y( A
9 P; \' L0 `! n. p- `limit(..., n, inf)`:
" [1 A  a( H2 \2 T9 u6 V3 Q9 a  - `limit` 函数用于计算当 `n` 趋近于无穷大时,`(H_n - \log(n))` 的极限。
/ |5 f" d  m9 ~  - 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。/ G8 G( }0 D+ c7 h7 ?- g, W+ U  C* ]# \
( u2 }1 _9 \) x! y6 `( g* ?
### 3. 显示结果
  1. vpa(ans, 70)  % 显示 70 位有效数字
复制代码
- `vpa(ans, 70)`:
8 d7 u* }5 E7 Y  - `vpa` 表示“可变精度算术”,用于以高精度显示计算结果。) n: I, X- s; v3 J
  - `ans` 是 MATLAB 中的默认变量,它保存上一个计算的结果。- K4 L+ b/ ^* S2 y
  - 该函数将结果显示为70位有效数字。
2 Z* |- ?. E" m7 {
* h# `! n- N% Q# ^" K### 总结# t8 i& P! j# ?6 S8 v/ N9 W8 w  }
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:
& O, H1 O. ^' t/ `1 _\[
( \3 P6 O7 i) j2 M& H, z\gamma = \lim_{n \to \infty} \left( H_n - \log(n) \right); W7 X8 j& D4 l9 ]
\]
2 v6 h! l% K8 D1 y  k9 g8 J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。0 a+ j1 U3 L3 ~- ]

4 P1 Z8 O6 x. R& h& l$ T( S$ u: S! e, K- Z8 i' a$ ^7 h
" h: i9 N4 _8 |) m0 X" {+ }
zan
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