具体数学-第9课(取整进阶与数论入门一)

简介: 今天讲完了取整的最后一部分知识,并给第四章数论开了个头。首先还是以一道例题开始我们今天的课程。

例题1


求和:

image.png

方法1


首先令 image.png

那么有

image.png

我们先算左半部分,先假设 image.png ,那么有

image.png

而对于一般的 n ,令 image.png ,我们只需要计算 image.png 的部分,而这部分 image.png ,所以结果为 image.png

所以总的结果为:

image.png

这里解释一下为什么没有算右半部分?因为右半部分就是 image.png 的这部分,已经计算过了。

方法2


因为 image.png ,所以可以将原式替换掉,还是令 image.png ,然后如下计算:

image.png

其中第二行交换了变量计算顺序。

定理1


这里直接介绍一个定理,就不证明了,过程比较复杂:

image.png

其中 image.png 是一个无理数。

这个公式说明了,无理数 image.png 的整数倍的小数部分均匀分布在 image.png 之间。

这就给了我们一个启示,我们可以用它来生成随机数啊!其他用处还有很多,自己想咯。

例题2


求如下和式:

image.png

其中整数  image.png 也是整数。

通过枚举 image.png ,可以发现和式满足如下形式:

image.png

那么怎么计算出来呢?

首先做一个变形:

image.png

这就将原来的和式分为了三个部分求和。

第一个部分为:

image.png

具体怎么算留到下一章节,这里通过枚举可以发现它的值是有周期的,周期重复次数是 image.png 。所以算出来结果为:

image.png

第二个部分为:

image.png

第三个部分为:

image.png

所以总的结果为:

image.png

这里我们对结果稍稍变形,可以得到另一个结果:

image.png

可以发现, m 和 n 是对称的!所以可以得到如下结论:

image.png

这有什么用呢?当 m 特别大、 n 很小的时候可以大大减少项的个数!

如果我们令 image.png ,就会发现,得到的式子和之前证过的一个式子一模一样!

image.png

到这里为止,第三章取整就讲完了,下面开始讲第四章数论部分。

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