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林深喃喃自语,“余项是调和级数的尾巴,也是γ的面纱。”
他的研究,渐渐有了眉目。
但他知道,这还远远不够。
他要证明γ是无理数,或者超越数。
这才是研究γ的核心问题,也是无数数学家梦寐以求的目标。
林深开始查阅关于无理数证明的文献。
他看到,证明一个常数是无理数,通常有两种方法:一种是构造一个无穷级数,证明这个级数的和是该常数,然后通过级数的性质,证明该常数无法表示为两个整数的比值;另一种是利用连分数展开,证明该常数的连分数展开是无限不循环的。
林深尝试用第一种方法。
他从调和级数的渐近展开式出发,试图构造一个关于γ的无穷级数,然后分析这个级数的性质。
但他很快就遇到了瓶颈——γ的渐近展开式,是一个以frac{1}{n}为变量的幂级数,这个级数的收敛速度很慢,而且很难分析其性质。
他又尝试第二种方法,连分数展开。
他编写了一个程序,计算γ的连分数展开式。
程序运行了很久,屏幕上跳出了一长串数字:γ=[0;1,1,2,1,2,1,4,3,13,5,1,1,8,1,2,4,1,1,40,]林深看着这串数字,眉头紧锁。
这个连分数展开式,没有明显的规律,既不是周期的,也不是有规律的循环。
这说明,γ很可能是无理数,但这只是一个猜测,不是证明。
证明一个常数是无理数,需要严格的数学推导,不是靠猜测就能解决的。
林深感到一阵挫败。
他坐在电脑前,看着屏幕上的连分数展开式,心里像堵了一块石头。
他想起祖父的手稿,想起那个小小的问号,想起老教授的话:“这个常数,是数学世界里的一个谜。”
难道,这个谜,真的无解吗?他站起身,走到窗边,看着楼下的梧桐树。
树叶已经落光了,只剩下光秃秃的枝桠,在寒风中摇晃。
林深的心情,像这深秋的天气一样,灰蒙蒙的。
他拿出手机,想给导师打个电话,倾诉一下自己的烦恼。
但他犹豫了一下,又把手机放回了口袋。
他知道,研究数学,靠的是耐心和毅力,不是靠抱怨。
他回到书桌前,重新翻开那些文献。
他决定换个思路,从数论的角度入手。
γ在数论中,有很多重要的应用,比如在素数定理的证明中,γ就扮演了重要的角色。
也许,从素数定理出发,能找到证明γ是无理数的线索。
林深开始研究素数定理。
素数定理说的是,小于n的素数的个数π(n),近似等于frac{n}{lnn}。
这个定理的证明,用到了调和级数和γ。
林深看着素数定理的推导过程,眼睛忽然亮了起来。
他发现,素数定理的余项,和γ的渐近展开式,有着惊人的相似之处。
素数定理的余项是o(frac{n}{ln2n}),而γ的渐近展开式的余项是o(frac{1}{n})。
这两个余项,都是趋向于0的,但它们的收敛速度不同。
林深的脑海里,闪过一个念头:如果能把素数定理的余项,和γ的渐近展开式的余项联系起来,是不是就能找到γ的性质?他立刻拿起笔,在笔记本上写写画画。
他把素数定理的表达式代入调和级数的渐近展开式,试图找到两者之间的关系。
笔尖在纸上划过,发出沙沙的声音,公式像一条条链条,在纸页上串联起来。
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