求和符号学习历程(一)

内容来自《具体数学》2.1

1. \(\sum\)简介

我们使用求和符号\(\sum\)表示和式,例如有

$$\sum_{k=1}^{n}k= 1+2+\cdots+n\tag{1,1}$$

\(k\)从\(1\)开始直至取到\(n\),然后将其求和。

2. 两种符号

下列两种符号表示是完全一致的:

$$\sum_{k=1}^{n}a_{k}= \sum_{1\leq k\leq n}^{}a_{k}=a_{1}+a_{2}+\cdots +a_{n}$$

前者称为确定界限形式,后者称为下列形式

下列形式一般会更容易处理,例如将\(k \rightarrow k+1\)时:

$$\sum_{1\leq k\leq n}^{}a_{k}=\sum_{1\leq k+1\leq n}^{}a_{k+1}$$

这样的变换非常容易,但是用确定界限形式则有

$$\sum_{k=1}^{n}a_{k}=\sum_{k=0}^{n-1}a_{k+1}$$

这样表示可能需要将其展开才能反应过来。

同时确定界限形式更加简洁,当要说明问题和结论时经常使用;而进行变换时使用下列式。

3. 命题形式的\(\sum\)

我们使用

$$\sum_{P(k)}^{}a_{k} \tag{1,2}$$

记为所有\(a_{k}\)之和的缩写,\(k\)是满足性质\(P(k)\)的整数。

我们可以使用APL语言,例如:

$$ [p\mbox{是素数}]=
\left\{
\begin{matrix}
1,p\mbox{是素数}
\\
0,p\mbox{不是素数}
\end{matrix}\right. $$

简便表示公式(2.2)为

$$\sum_{k}^{}a_{k}[P(k)] \tag{1,3}$$

有时\(a_{k}\)对某些\(k\)无意义;但是我们认为\([P(k)]\)优先级更高,若其值为0可以规避这个问题。例如:

$$\sum_{p}^{}[p\mbox{是素数}][p\leq N]\frac{1}{p}$$

表示所有不大于\(N\)的素数的倒数和。其中\(0\)由于不是素数第一时间\([p\mbox{是素数}]\)被认为是\(0\)来规避无意义的情况。

4. 注意事项

不要画蛇添足的将下式

$$\sum_{k=0}^{n}k(k-1)(n-k)$$

改为

$$\sum_{k=2}^{n-1}k(k-1)(n-k)$$

虽然省略的三项的确为\(0\),但是在变换时却会带来麻烦。

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