欧拉-麦克劳林求和公式
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有欧拉麦克劳林求和公式:
成立。
一方面,它可以给出当b 较大时级数和的渐进表达式,另一方面,可以用它来对积分进行估值。
Euler-Maclaurin 求和公式来自对积分反复应用分部积分法,并利用伯努利多项式的性质。 定义伯努利多项式为:
∑+∞
==−0!
)(1n n
n t
tx
t n x B e t e
任一阶伯努利多项式在x=0处的值记之为,称为伯努利数。
n B 除了n=1以外,有
n
n n B B B ==)0()1(
对于n=1,有:
2
1
)1()0(11−=−=B B
特别重要的是其微分递推关系: 由
∑+∞
==−0!
)(1n n
n t
tx
t n x B e t e
两边对x 求偏导数:
1
12
−=−∂∂t
tx t tx e t e e t e x
另一边有:
∑∑∞
+=∞+==∂∂0
0!)(!)(n n n n n n t n x B dx d
t n x B x
同时,由
∑+∞
==−0!
)(1n n
n t
tx
t n x B e t e
可知:
∑+∞
=+=−01
2
!
)(1n n n t
tx t n x B e t e
这样,我们就有:
∑∑∞
+=∞+=+=0
01!)(!)(n n n n n n t n x B dx d
t n x B
对比两边t 同次幂的系数相等,就有:
)()!1(1)(!11x B dx
d n x B n n n ++=
即:
)
(11)(1x B dx
d n x B n n ++=
有了以上结论,就可以导出Euler-Maclaurin 求和公式了。 考虑积分:
∫
1
)(dx
x f
对其应用分部积分法可得:
∫
∫∫
==1
110
01
)()()()()(dx
x B dx
d
x f dx x B x f dx x f ∫′−===1
11
01)()()()(dx
x B x f x B x f x x ∫′−+=101)()())1()0((2
1
dx
x B x f f f
继续应用此方法,注意到在n>1时都有关系:
n
n n B B B ==)0()1(
以及:
210n B +=
因此,便可得:
∑∫
=−−−−+≈n
f f B f f dx x f 1121221
))
0()1(()!2
(1))1()0((21
)(ννννν