水稻|欧拉对“级数”的研究,发现了其他数学家几十年未能发现的结论( 三 )

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巴塞尔问题
欧拉在数学领域获得的第一个令人注目的成绩就是在1735年解决了巴赛尔问题 。 巴赛尔问题是指求整数倒数的平方和问题 , 即:
巴赛尔问题是由法国数学家门戈利在1644年提出的 , 后来这个问题被雅各布伯努利于1689收录在一本名为《没有结论的无穷级数》的书中 , 并引起了数学家们的广泛关注 。
许多数学家都进行过探讨 , 虽然大家试图考察这类级数的收敛性 , 但都没有给出级数和的精确值 , 均以失败告终 , 其中包括奥雷姆、莱布尼茨、彼得罗·门戈利、雅各布伯努利和约翰伯努利 。
1731年 , 24岁的欧拉从他的老师约翰.f白努利那里听说了这个难题 , 经过一年的反复研究 , 发现了解开这个谜的钥匙 , 他兴奋的写道:


…完全意想不到 , 我发现了基于π的一个绝妙公式 。
欧拉一共用四种不同的方法来解决巴赛尔问题 , 最著名的是第三种方法 。
欧拉解决这个难题的两个重要环节是:利用正弦函数的泰勒展开 , 把正弦函数表达为无穷多项式;研究一般的代数有限多项式的性质 , 将其推广应用到无穷多项式 , 即将其形式化处理 。
首先欧拉给出一个玎阶多项式p(x) , 这个多项式满足有n个非零根a1a2a3… , an 。 且p(0)=1 , 即有:
欧拉令:
再将正弦函数sinx进行泰勒展开得到:
则得到:
当x≠0时 ,
所以p(x)=0(x≠0)的解等价于sinx=0的解 , 为x=±kπ , k=1 , 2 , …
则:
即有:
成立 。 欧拉得到的这个等式非常重要 , 是解决这个问题的关键 。 接着 , 欧拉将这个等式的右端展开 , 得到:
再根据系数相等 , 得到

在这个过程中 , 很明显能够看出欧拉处理级数的形式化方案 , 通过这两个重要环节相结合使用 , 欧拉发现了其他数学家几十年未能发现的结论 。
【水稻|欧拉对“级数”的研究,发现了其他数学家几十年未能发现的结论】欧拉的工作非常重要 , 特别是关于整数乘方倒数与万之间的巧妙关系 , 是人类认识的一大进步 。