放學後的教室中,我向正沉默著準備回家的米爾嘉招呼了一聲:「喂,米爾嘉,上一次,我因為自己在發呆,沒有聽清你說的話,嗯……真是對不起。關於昨天的 ζ(1) 的話題,我對於 ζ 函數不是很瞭解,能不能給我說說關於 ζ(1) 朝著正的無窮大發散的問題?」
「嗯……」米爾嘉似乎覺得這個也太難於口頭表達了。
於是,米爾嘉拿起一支粉筆,開始在黑板上寫起來。
「這個是 ζ 函數 ζ(s) 的定義。是黎曼的 ζ 函數。」
(ζ 函數的定義式)
米爾嘉接著寫數學公式。
「ζ(s) 使用了無窮級數的形式來定義。這裡,當 s = 1 的時候,就是調和級數了。也可以用 Harmonic Series 的首字母 H,寫成 的形式。」她說。
(調和級數的定義式)
「換句話說,ζ 函數中 s = 1 時的式子和調和級數 是等價的。」她說。
「噢,這樣啊。那麼,我和泰朵——我思考過的無窮級數 是和 ζ(1) 相同的吧。」我說。
村木老師給我和米爾嘉出的課題原來是相同的啊? H 原來就是 Harmonic 的首字母啊?
米爾嘉沒有理會我的話,繼續往下說:「下面的部分和 Hn 稱為調和數。」
(調和數的定義式)
「也就是說,n 趨向於無窮大的時候,調和數 Hn 也就趨向於調和級數 了。」米爾嘉說。
教室裡迴響著米爾嘉用粉筆寫字的聲音。
(調和級數和調和數的關係)
「調和數 Hn 在 n 趨向於無窮大時,朝正的無窮大發散。」
「換句話說,調和級數朝正的無窮大發散。」
「也就是說,ζ(1) 朝正的無窮大發散。」
「為什麼說調和級數朝著正的無窮大發散呢?是因為……」說到這裡,米爾嘉才斜眼看了我一下,這是她今天第一次看我,然後就咧開嘴笑了,和以往的米爾嘉一樣。
不知道為什麼,我覺得鬆了口氣,說起了向泰朵拉展示過的證明過程。就是利用「假設 m 是大於等於 0 的正數,則 成立」這一點所做的證明。
「對對對。你所做的證明和 14 世紀奧裡斯姆做證明時使用的方法相同哦。」米爾嘉說。
ζ 函數、調和級數、調和數
(ζ 函數的定義式)
(調和級數的定義式)
(調和數的定義式)
寫到這裡,米爾嘉閉上眼睛,手指劃起了字母 L 狀,像是在指揮一樣,接著又睜開了眼睛。
「嗨,你還記得我們曾在離散函數的世界裡尋找指數函數嗎?」她說。
「嗯,我記得啊。」好像是建立了差分方程式,然後求得解的。
「那麼,你看看這個問題該怎麼做吧。在離散函數的世界裡尋找『指數函數的反函數』——也就是尋找對數函數。」她說。
問題 8-3
請定義與連續函數世界裡的對數函數 相對應的離散函數世界裡的函數 L(x)。
「好了,那麼我先回家了哦。你慢慢思考吧。」米爾嘉說。
米爾嘉擦了擦沾有粉筆灰的手指,就朝教室門口走去。走到門口又回頭說:「我事先提醒你哦,你的弱點是不肯畫圖。僅僅反覆玩弄公式並不是數學。」