Anatoly Vorobey (avva) wrote,
Anatoly Vorobey
avva

Categories:

1+2+3

Всюду в последнее время попадаются ссылки на научно-популярное видео, где объясняют зрителю, что сумма всех натуральных чисел 1+2+3+4+5+... вовсе не уходит в бесконечность, а равна на самом деле -1/12.



Даже настоящие ученые написали об этом удивительном факте - например, астроном Фил Плейт.

Пошла уже даже обратная волна (правда, поменьше первоначальной) - обеспокоенные математики стремятся разъяснить, что бесконечная сумма положительных целых чисел не может равняться отрицательной дроби, но как-то это не очень звучит убедительно.

Что на самом деле происходит? Предположим, у нас есть формула, которая выражает сумму сходящегося бесконечного ряда. Ну скажем, 1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... - хорошо известно, что этот ряд все время приближается к двойке, никогда не достигая ее (сумма становится один и три четвертых... один и семь восьмых... один и пятнадцать шестнадцатых....), и поэтому математики называют двойку суммой этого всего бесконечного ряда. Есть формула, которую легко вывести, что сумма сходящейся бесконечной геометрической прогрессии, в которой каждый следующий член получается из предыдущего умножением на X - в этом примере X = 1/2 - сумма всего ряда равна 1/(1-X). Если подставить вместо X 1/2, получится двойка, все сходится.

Но теперь, когда у нас есть формула 1/(1-X), мы можем применить ее, и когда X равно 3, например, т.е. каждый следующий член в три раза больше предыдущего: 1 + 3 + 9 + 27 +... Получим, что "сумма" равна -1/2. Значит ли это, что действительно, суммируя 1 + 3 + 9 + 27 + ... мы будем приближаться к минус половине? Нет, конечно. Формула для суммы геометрической прогрессии верна только когда эта сумма сходится; для X=3 мы ее применили неправомерно, как бы метафорически. По аналогии с сходящимся рядом, можно записать как бы метафорическую "сумму" расходящегося ряда 1+3+9+27+... Есть ли в этом какой-то смысл? Какой-то есть, но не прямой. В математике все настолько взаимосвязано, что даже неправомерное применение формулы скорее всего как-то связано с членами ряда, хоть суммой его результат можно назвать лишь метафорически. Если мы подробнее разберем, как получилась формула 1/(1-X), и более тщательно рассмотрим промежуточные вычисления перед ее получением, то может выйти, скажем, что мы получим что-то вроде 1/(1-X) плюс "еще что-то", так, что это "еще что-то" уходит в ноль для рядов, которые сходятся, а в рядах, которые расходятся, подавляет собой все остальное.

То есть, может быть, верно сказать что-то вроде: в сумме 1 + 3 + 9 + 27 + ... в определенном смысле "таится" минус половина, но ее вклад затмевается собственно огромными и быстро растущими членами ряда; а в сумме 1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... "таится" двойка, которую не удается затмить уменьшающимся и уходящим в ноль членам ряда. Но это, конечно, не дает нам оснований утверждать, что сумма 1 + 3 + 9 + 27 + ... "на самом деле" равна -1/2.

С суммой натуральных чисел 1+2+3+... все происходит примерно так же, просто формулы там сложнее, чем 1/(1-X). Там тоже "таится" в определенном смысле -1/12, и это очень интересно, и возможно даже объясняет кое-что в физике теории струн, хоть до конца непонятно, как это в точности там работает; но называть это суммой в прямом смысле, а не в метафорическом - нонсенс.

(при этом в том видео, на которые все дают ссылки, все "объясняют" даже не в таком метафорическом духе, что я описал выше, а как бы получают это -1/12 путем манипуляции расходящихся рядов вроде 1-1+1-1+1-1+1-1... Это чистый обман народа и фричество; хорошо известно, что складывая и переставляя члены в таких рядах, можно получить любой желаемый результат, математики это учат на первом курсе университета. То есть, если в принципе -1/12 имеет некое отношение к ряду 1+2+3+..., в научно-популярным видео к нему приходят фальшивым путем, не имеющим ничего общего с реальной связью)

Более подробные объяснения есть в этом блоге, а совсем строгий математический вывод есть у Терри Тао.
Tags: математика
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 66 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →