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调和数计算器
我们的调和数计算器是任何寻求找到第n个调和数或计算前n项调和级数之和的人的完美解决方案。
关于调和数和调和级数,通常存在一些误解。因此,我们将讨论这个主题的一些基本概念。具体来说,让我们回答这些问题:
无论您是新手还是高级读者,我们希望您今天能在这里学到一些有趣的东西。所以拿起您最喜欢的零食,和我们一起探索这个话题吧!
- 什么是调和数及其方程?
- 如何计算整数和非整数的调和数?
- 调和级数之和的公式是什么?
- 调和数与调和级数之间的关系是什么?
什么是调和数?调和数方程
我们将第n个调和数定义为前n个自然数倒数之和:
根据伯特兰假设的结果,除非n=1,否则H_n永远不是整数。
- H_n是第n个调和数;
- n是任何自然数。
🔎 注意,调和数是自然对数的粗略近似,自然对数由ln n = ∫₁ⁿ (1/x)dx给出。要了解更多关于自然对数的信息,请使用我们的自然对数计算器。
调和数计算公式
参数说明:
- H_n:第n个调和数,无单位
- n:自然数,表示调和数的项数,无单位
数学原理:调和数是前n个自然数倒数之和。在数学上,调和数H_n用于近似自然对数ln(n)。公式的适用场景包括整数和可以扩展到非整数的近似计算。对于非整数n,使用digamma函数与Euler–Mascheroni常数进行插值计算。
示例:例如,当n=5时,H_5 = 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + 1/5 = 2.2833
如何计算整数的调和数?
要计算任何整数n的调和数H_n,请使用以下步骤:
- 将1除以前n个自然数并将它们收集在一个序列中得到:1/1, 1/2, 1/3, … 1/n。
- 将此序列中的每个数字相加,得到第n个调和数:H_n = 1 + 1/2 + 1/3 + … + 1/n。
- 使用我们的调和数计算器验证您的答案。
例如,要计算第5个调和数H_5,我们必须计算以下和:
H_5 = 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + 1/5 = 2.2833
测试您对如何找到调和数的理解:自己使用调和数方程计算第8个调和数H_8。您可以使用我们的计算器或我们的常见问题部分验证您的答案。
如何找到非整数的调和数?
严格来说,调和数仅为自然数定义。我们可以将它们用于各种目的,包括找到贝塞尔函数值。但是,我们可以使用以下表达式来插值非整数的调和数:
让我们从digamma函数开始分解,我们将其定义为gamma函数的对数导数:
- ψ(n)是digamma函数;
- γ是欧拉-马歇罗尼常数,大约为0.577。
请不要惊慌——您不需要计算这些复杂的函数来找到我们的调和数。不过,使用我们的gamma函数计算器了解更多关于这个gamma函数会有所帮助。
有许多方法可以计算这个digamma函数,但我们可以使用的最简单的方法是以下表达式,它对任何实部为正的复数z有效(即,ℜ(z)>0):
- ln(x)是自然对数函数;
- Γ(x)是gamma函数。
计算调和级数之和与调和数
调和级数是所有自然数倒数之和,由以下公式给出:
1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + 1/5 + ...
虽然其定义与调和数相似,但您可以从调和级数之和的公式中看出它是一个无穷级数。调和数被认为是调和级数的部分和,其中级数包含前n个自然数的倒数,而不是所有自然数。
如果您对调和级数与音乐的关系感兴趣,我们建议您查看我们的调和级数计算器。
如何使用这个调和数计算器
这个调和数计算器易于使用,随时为您提供帮助。要计算正数n的调和数,或计算到第n项的调和级数之和:
- 在标记为n的字段中输入正数。
- 此计算器将计算第n个调和数H_n并在下方显示。
- 对于n的整数值,如果H_n有可确定的分数形式,此计算器将提供它与其十进制形式。
- 对于n的非整数值,我们只能以十进制形式提供H_n。
注意,我们将所有十进制答案四舍五入到5位小数。此外,为了将计算时间保持在最低限度,我们将整数n的最大值限制在10⁶,超过此值算法将在大多数机器上造成明显的延迟。出于同样的原因,不允许大于10³的非整数n。
常见问题
第8个调和数是什么?
H₈ = 761/280 = 2.71786。要自己计算第8个调和数,请按照以下说明操作:
- 将1除以前8个自然数并将它们收集在一个序列中得到:1/1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/7, 1/8。
- 将此序列中的每个数字相加得到第n个调和数:H_n = 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + 1/5 + 1/6 + 1/7 + 1/8 = 761/280 = 2.71786。
- 使用我们的调和数计算器验证您的答案。
调和级数是p级数吗?
是的。调和级数是p级数∑ 1/nᵖ的特殊情况,其中p = 1。
调和级数收敛吗?
不,调和级数不收敛。级数中的连续数字变小得不够快,无法实现收敛。
| 参数名 | 参数类型 | 默认值 | 是否必传 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| n | number | 否 | 输入需要计算的是第几项调和数 |
| 参数名 | 参数类型 | 默认值 | 描述 |
|---|---|---|---|
| result | number | 计算出的第n个调和数 |
| 错误码 | 错误信息 | 描述 |
|---|---|---|
| FP00000 | 成功 | |
| FP03333 | 失败 |
参考上方对接示例
