无穷级数与收敛

重排定理

对普通的有限加法,加数的次序从不要紧——a + b + c 等于 c + a + b。重排定理揭示:除非收敛是绝对的,否则这条令人安心的法则对无穷级数会失效。重排一个条件收敛级数,你便能把它的和操纵到任何你想要的地方。

黎曼定理把这一点表述得很尖锐:若 sum a_n 是一个条件收敛的实数级数,则对任意目标值 S(包括 +无穷 或 -无穷),都存在一个重排——即指标集到自身的一个双射——使重排后的级数收敛到 S;也存在使之发散或振荡的重排。其机制在于:正部与负部各自之和皆为无穷,故可贪婪地堆叠正项直到越过目标,再堆叠负项直到不及目标,如此永远重复。

与之相伴的正面结果同样重要:若 sum a_n 绝对收敛,则其每一个重排都收敛到同一个和。因此,绝对收敛恰恰是“求和次序无关紧要”所成立的条件。该定理是一记鲜明的警告:有限和的代数不可盲目地搬用到无穷和上。

取 1 - 1/2 + 1/3 - 1/4 + ... = ln 2。把它重组为 (1 - 1/2 - 1/4) + (1/3 - 1/6 - 1/8) + ...——用相同的项以新的次序——其和便变为 (1/2) ln 2。

重排交错调和级数使其和减半。

又称
Riemann rearrangement theorem黎曼重排定理黎曼重排定理