墨卡托級數

在數學內,墨卡托級數(Mercator series)或者牛頓-墨卡托級數(Newton–Mercator series)是一個自然對數的泰勒級數。

介紹

在數學內, 墨卡托級數(Mercator series)或者 牛頓-墨卡托級數(Newton–Mercator series)是一個自然對數的泰勒級數:

墨卡托級數 墨卡托級數

使用大寫sigma表示則為

墨卡托級數 墨卡托級數

當 −1< x≤1時,此級數收斂於自然對數(加了1)。

歷史

這級數被尼古拉斯·墨卡托,牛頓和Gregory Saint-Vincent分別獨立發現。首先被墨卡托出版於其1668年時的著作 Logarithmo-technica。

推導

這級數可以由泰勒公式導出,藉由不斷地計算第 n次ln x在 x=1時的微分,一開始是

墨卡托級數 墨卡托級數

或者,我們可以從有限的等比數列開始( t≠−1)

墨卡托級數 墨卡托級數

這可以導出

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然後得到

墨卡托級數 墨卡托級數

接著逐項積分,

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若−1< x≤1,餘項會在時趨近於零。

這個表示法可以重複積分k次,得到

墨卡托級數 墨卡托級數

這裡的

墨卡托級數 墨卡托級數

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都是 x的多項式。

特例

令墨卡托級數裡面的 x=1,則我們會得到交錯調和級數

墨卡托級數 墨卡托級數

複數級數

下面的複數冪級數

墨卡托級數 墨卡托級數

是ln(1+ z)的泰勒級數,這裡ln代表複對數(complex logarithm)的主要分支(principal branch)。這個級數收斂於一個開放的單位圓盤| z|<1 以及圓 | z|=1 , z=-1除外 (根據阿貝爾判別法),而且這裡的收斂對每個半徑小於一的圓盤是一致的。

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