یک سری جالب

اگر مبحث سری ها را مطالعه کرده باشیم ، می دانیم اولین موضوعی که بلافاصله مطرح می شود مساله ی  همگرائی وواگرائی سری ها است .
یکی از مشهورترین سری های واگرا سرییک سری جالب می باشد که به سری همساز معروف است .

سوال : اگر به جای n ها اعداد اول را قرار دهیم ، رفتار سری چگونه است؟

 

اولین بار اویلر در سال ۱۷۳۷ ثابت کرد که این سری واگرا می باشد .

در این جا اثباتی از این موضوع که از آن کلارکسون (Clarkson) است را می آوریم .

پیش از اثبات ،یکی از آزمون های مشهور همگرائی سری ها که به آزمون انتگرال معروف است را می آوریم :

آزمون انتگرال : اگر تابع نزولی و باشد آن گاه همگرا است اگر متناهی باشد و واگرا است اگر باشد .

اکنون به اثبات واگرائی سری می پردازیم :

اگر این سری همگرا باشد پس عددی طبیعی چون k موجود است که.

فرض کنید .  برای عدد طبیعی دلخواه n،عدد ۱+nQ را در نظر بگیرید . این عدد برهیچ یک ازاعداد بخش پذیر نیست .[چرا؟] بنابراین همه ی عامل های اول ۱+nQ در میان اعداد اول قرار دارند . بنابراین به ازای هر داریم :

[ چرا؟]

اما طرف راست این نامساوی تحت تسلط سری هندسی همگرای می باشد . پس سری دارای مجموع های جزئی کراندار بوده ولذا همگرا است .[چرا؟]

اما :

واین یعنی طبق آزمون انتگرال ، سری واگرا است واین با موضوع فوق در تناقض است .

 بنابراین سری واگرا می باشد .

منبع :کتاب نظریه تحلیلی اعداد ، نوشته تام .م.آپوستل