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

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