我们都听过全体自然数之和等于-1/12的玄学理论,很多人把这个结论当成一个笑话来看待,认为数学家们纯属吃饱没事干,这么明显错误的结论还在研究,根本毫无意义!
今天我们就来讨论一下,为什么数学家们认为全体自然数之和等于-1/12是正确的!这个结论是如何严格证明出来的?
1 2 3 …=-1/12
我们都知道,根据等差数列求和公式可得:
Sn=1 2 3 … n=n(n 1)/2
1 2 3 …就相当于当n趋于无穷大的极限值。
1 2 3 …
=lim(n→∞)(1 2 3 … n)
很显然当n趋于无穷大时,n(n 1)/2也趋近于无穷大。
也就是说,显然有:
1 2 3 …
=lim(n→∞)(1 2 3 … n)
=lim(n→∞)[n(n 1)/2]= ∞
1 2 3 …= ∞
这个结论毫无疑问是正确的,但是只能说是在实数范围内正确,如果我们将数域范围扩展到复数,情况就变得有些不同了。
我们都知道著名的欧拉公式:
e^(iθ)=cos(θ) isin(θ)
令θ=0,可得
e^0=cos(0) isin(0)
1=1 i×0=1
这看上去没有任何问题
但是正余弦函数的周期是2π
也就是说,只要
令θ=2kπ,k∈Z,都有
e^(2kπi)=cos(2kπ) isin(2kπ)
=1 i×0=1
1=e^(2kπi),k∈Z
在实数范围内,1就是1,但在复数范围内,1有无数种表达形式。
也就是说,一旦将实数域扩展为复数域,事情就会变得有趣起来。实数域内负数不能开平方根,但复数域内可以;实数域内负数不能取对数,但复数域内可以。
这就是解析延拓,具体定义如下:
设函数f(x)在区域D内解析,考虑一个包含D的更大区域G,如果存在函数F(z)在G内解析,并且在D内有F(z)=f(z),则称函数f(z)可以解析延拓到G内,并称F(z)为f(z)在区域G内的解析延拓。
我们可以简单理解为解析延拓后的函数F(z)可以兼容原函数f(x)的所有性质。