Многие знают, что

$1 + 2 + 3 + \dots = -\dfrac{1}{12}.$


Но в действительности же

$1 + 2 + 3 + \dots = -\dfrac{1}{8}.$



Рассмотрим поподробнее первый результат. Разумеется, ряд из натуральных чисел расходится в классическом смысле (в смысле сходимости последовательности частичных сумм: она, понятно, не имеет предела). В этой статье автор упоминает о других методах суммирования, таких, как метод Чезаро и метод Абеля. Вот некоторые примеры: сумма такого ряда

$\sum\limits_{n \geqslant 0} (-1)^n = 1 - 1 + 1 - 1 + 1 - 1 + \dots$


с использованием метода Чезаро будет равна $\dfrac12$.

Другой пример:

$1 - 2 + 3 - 4 + 5 + \dots = \dfrac14. $


На мой взгляд, неправильно говорить, что сумма первого ряда равна $\dfrac12$; правильно говорить, что сумма первого ряда в смысле Чезаро равна $\dfrac12$. Аналогично для второго: его сумма в смысле Абеля равна $\dfrac14$.

Ввиду этого в первом результате (то, что $-\dfrac{1}{12}$) происходит подмена понятий, что приводит к противоречию со здравым смыслом.

Рассмотрим теперь более подробно второй результат. Сначала обозначим всю сумму за $X$:

$1 + 2 + 3 + 4 + \dots = X.$


Теперь выполним такие преобразования:

$1 + 2 + 3 + 4 + \dots = 1 + \underbrace{2 + 3 + 4}_{9} + \underbrace{5 + 6 + 7}_{18} + \underbrace{8 + 9 + 10}_{27} + \dots = $


$1 + 9 + 18 + 27 + \dots = 1 + 9 \underbrace{\left(1 + 2 + 3 + \dots\right)}_X = X.$


Отсюда

$1 + 9X = X \Rightarrow X = -\dfrac{1}{8}.$



Существует и другой способ решения. Скомбинируем слагаемые иным образом:

$ 1 + 2 + \underbrace{3 + 4 + 5 + 6 + 7}_{25} + \underbrace{8 + 9 + 10 + 11 + 12}_{50} + \dots = $


$ = 1 + 2 + 25 \underbrace{\left(1 + 2 + 3 + \dots\right)}_X = X,$


то есть

$1 + 2 + 25X = X \Rightarrow X = -\dfrac{3}{24} = -\dfrac{1}{8}.$



На самом деле, начиная с тройки, можно выделять по 7 слагаемых, сумма которых будет равна 49, и мы придем к уравнению

$1 + 2 + 3 + 49X = X,$


которое даст тот же результат.

В общем случае действовать нужно так: выделяем первые $n$ слагаемых, а далее в скобки берем по $2n + 1$ слагаемых:

$1 + \dots + n + \underbrace{\left(n + 1 + \dots + 3n + 1\right)}_{(2n + 1)^2} + \underbrace{\left(3n + 2 + \dots + 5n + 2\right)}_{2(2n + 1)^2} + \dots = $


$ 1 + \dots + n + (2n + 1)^2\left(1 + 2 + 3 + \dots\right) = X.$


Арифметическая прогрессия $1 + \dots + n$ равна $\dfrac{n(n+1)}{2}$, поэтому получаем уравнение

$ \dfrac{n(n+1)}{2} + (2n + 1)^2X = X,$


откуда получается, что

$X = -\dfrac{1}{8}.$

Комментарии (67)



  1. AntonSor
    08.12.2019 11:00

    Но это же софизм :)


  1. Griboks
    08.12.2019 11:06

    У вас X слева и X справа имеют разные значения, а обозначаются одной переменной. Если рассуждать вашей логикой, то
    для любой длины последовательности N
    в первом случае X = ?(1..N),
    во втором случае X = ?(1..N) = 1 + ?(2..N) = 1 + 9 * ?(1..(N-1)/3).
    Далее вы случайно совершаете ошибку, приняв ?(1..N) ? ?(1..(N-1)/3)


    1. Ketovdk
      08.12.2019 11:30

      на самом деле они равны, т.к. обозначают одно и то же. Но равны они бесконечности, а значит при умножении на 9 продолжают быть равны бесконечности, в этом и заключается софизм


      1. Griboks
        08.12.2019 12:07

        Бесконечности тоже бывают разные. Тогда уж надо говорить, что равны не бесконечности, а их порядок.


      1. maxzhurkin
        08.12.2019 15:03
        +1

        С бесконечностями нельзя обращаться так вольно


        1. tvr
          08.12.2019 15:10
          +1

          Они этого не прощают.


  1. RedComrade
    08.12.2019 11:39
    +1

    не совсем понятно в каком контексте следует воспринимать рассуждения автора, и хорошо было бы иметь ссылку на первую часть, может это прольет свет на то что здесь происходит


    1. Chatter_A
      08.12.2019 12:47

      habr.com/ru/post/53883 вроде оно. Учитывая, что и первая часть является манипуляцией, то в «Часть 2» можно написать любое число, заявлять об истинности и быть совершенно правым.


  1. swelf
    08.12.2019 12:43

    А может ктонибудь объяснить про -1/12, прочитал прошлую статью habr.com/ru/post/53883, прочитал вики.
    Там везеде идет манипулирование с отдельными членами ряда дзета функции.
    В итоге тот момент, где мы из первого ряда вычитаем второй ряд. мы берем 6 членов первого ряда и вычитаем из них 3 члена второго ряда, и почему-то считаем что это операция корректна.
    Если переписать ряды не в виде 1^-s+2^-s+..., а через знак суммы, т.е. ? (i^-s) и проводить умножения и вычитания в таком виде, то красоты 1^-s — 2^-s + 3^-s — 4^-s не получится, а получится
    ? (i^-s) — ? (i^-s * 2 * 2^-s) = ? (1-2*2^-s)*i^-s = (1-2*2^-s)*1^-s + (1-2*2^-s)*2^-s + (1-2*2^-s)*3^-s + (1-2*2^-s)*4^-s= 1^-s — 2*2^-s + 2^-s — 2*4^-s + 3^-s — 2*6^-s + 4^-s — 2*8^-s = 1^-s — 2^-s + 3^-x — 4^-s — 2*6^-s — 2*8^-s
    Числовые ряды ведь складываются почленно, верно?
    A + B = ? (a_i + b_i)
    А везде и в вики и в статье на хабре у нас получаеся такая ситуация
    A = ?
    B = ?(1-2^(1-s))
    A — B = ?_1..n (a_i-b_i) + ?_n..2n (a_i)
    Но разве мы можем так складывать ряды?
    т.е.взяли половину второго ряда, под логунгом половина бесконечности все равно бесконечность, взяли первый ряд полностью и чего-то с ними сделали и заявляем что это эквивалетно операциям над «целыми» рядами


    1. technic93
      08.12.2019 13:00

      Когда на хабр добавят нормальную поддержку математики?
      Там рассматривается случай больших s, когда ряд сходится, а потом говорят что определим для значений s когда не сходится так чтобы это было аналитическое продолжение зета-функции.
      Вы правы в знако-переменных рядах менять порядок слагаемых в общем случае нельзя, но для s > 1 ряд сходится абсолютно поэтому равенство верное. Если делать также для рядов не сходящихся абсолютно то можно получить что угодно хоть 1/12 хоть 1/8 хоть еще что-то.


      1. swelf
        08.12.2019 15:15
        +1

        Так дело не в перестановке, а в том что мы говорим, давайте вычтем B из A, а сами берем и вычитаем ряд состоящий из n элементов из ряда состоящего из 2n элементов.
        чтобы вычесть ряды мы должны сделать
        A — B = ? (a_i — b_i)
        а в статье делается
        A — B = ?_1..n (a_i — b_i) + ?_n..2n (a_i)


        1. technic93
          08.12.2019 15:38
          +1

          если оба ряда сходятся, то их разность тоже сходится, если знакопеременный ряд сходится абсолютно то можно переставлять. Не обязательно почленно можно группировать как угодно


          1. swelf
            08.12.2019 16:17

            так это
            1) они не сходятся же. особенно для s=-1 который нас инетерсует.
            2) О группировке речи не идет же, вроде как. Мы просто берем и выкидываем бесконечное число слагаемых(половину ряда), которые нам «мешают». Это как из ряда ? (-1)^i выкинуть все члены с четным i, заявить что они равнозначны и поведение рядов равнозначно.

            было так
            давайте вычтем ряды a1 + a2 + a3 + a4 +a5 +a6 — (b1 +b2 +b3+b4+b5+b6)
            чет не сходится, давайте выкинем половину слагаемых
            a1 + a2 + a3 + a4 +a5 +a6 — (b1 +b2 +b3)
            вот так лучше — доказали


            1. technic93
              08.12.2019 16:30

              1) Я же вам написал как правильно делать


              Там рассматривается случай больших s, когда ряд сходится, а потом говорят что определим для значений s когда не сходится так чтобы это было аналитическое продолжение зета-функции.

              2) Там не выкидывают там просто смещают, т.е. b4-b6 будут уже с а7-12 группироваться и так далее.


              1. swelf
                08.12.2019 17:26

                т.е. b4-b6 будут уже с а7-12

                Будут, только чтобы сошлось с a1-a12 нам придется выкинуть b7-b12, вы скажете что они будут, просто с a13-a24, я скажу будут, только там выкинут b13-b24. сколько мы там можем продолжать? Ряды же условно бесконечные, значит и выкинем бесконечное число b, по кол-ву равное половине длины ряда a.
                у нас получается
                ?_1..n (a_i — b_i) + ?_n..2n (a_i) — (?_n..2n (b_i))*0
                позволительно нам такое делать? Просто умножить суммы бесконечной половины ряда на 0? Но ведь именно это и делатся.
                Если просто смещать слагаемные, то они никуда не денутся и получится у вас не красивое 1 — 2 + 3 — 4 + 5 — 6,
                а 1 — 2 + 3 — 4 + 5 — 6 + (- 8 — 10 — 12)
                и то что первая часть суммы(без скобок) может нам давать 1/4 — ну ок(не то чтобы прям ок, но ладно)), то вторая часть(в скобках) почемуто просто игнорируется.
                Ловкость рук и никакого мошенства.
                Мы проводим некие махинации для конечно числа слагаемых, а потом переносим выводы на бесконечное число слагаемых.

                А можно так же сразу сделать в терминах ?() а не упрощенной записи 1 + 2 + 3…

                Там не выкидывают там просто смещают

                Да и вобще это как-то не по математически, спрячем под скатерть часть данных, сделаем вывод на тех что не спрятали и перенесем вывод на спрятанные вобще без обоснования законности такого переноса.


                1. technic93
                  08.12.2019 18:04

                  Вы продолжаете бесконечно, ничего не выкидывается. Если вы где то остановитесь тогда выкинете. Бесконечные множества так работают.


                  1. swelf
                    08.12.2019 18:32

                    Вы продолжаете бесконечно, ничего не выкидывается.

                    Я? да не) я пытаюсь понять, на чем основан один переход.
                    После умножений и вычитаний у нас есть ряд
                    A-B = ?_1..n (a_i — b_i) + ?_n..2n (a_i) — ?_n..2n (b_i)
                    Мы выписываем несколько членов ЧАСТИ ряда, в частности для n=3
                    (A-B)* = ?_1..n (a_i — b_i) + ?_n..2n (a_i) — вот этой части,
                    и замечаем что сумма ряда (A-B)* = 1/4
                    так вот, мой вопрос, почему если (A-B)* = 1/4 мы делаем вывод что и (A-B) = 1/4


                    1. technic93
                      08.12.2019 19:08

                      А чему равно n? можно так и все ?_1..inf (a_i + a_2i — b_i)


                      1. swelf
                        08.12.2019 19:41

                        Ну в статье для вывода о равенстве достаточно было n=3? почему ко мне вопросы то?
                        конечно inf лучше, т.е. получается
                        ?_1..inf (a_2i + a_(2i-1) — b_i) == ?_1..inf (a_2i + a_(2i-1) — b_2i + b_(2i-1))?
                        почему?
                        Откуда я получил правое равенство, ну для меня не очевидно что
                        ?_1..inf (a_i) — ?_1..inf (b_i) = ?_1..inf (a_2i + a_(2i-1) — b_i)
                        зато очевидно что ?_1..inf (a_i) — ?_1..inf (b_i) = ?_1..inf (a_2i + a_(2i-1) — b_2i + b_(2i-1))


                        1. technic93
                          08.12.2019 19:58
                          +1

                          К вам вопросов нету, просто… подразумевает такой формализм как вы написали через сумму по i, думаю в более серьезных местах чем хабр пишут через значок суммы.
                          А последнее утверждение (кстати спасибо что исправили мои индексы не правильные) для меня выглядит верно т.к. и там и там присутствуют все члены последовательности b.


                          1. swelf
                            08.12.2019 23:29

                            Если ты согласен с этим
                            ?_1..inf (a_2i + a_(2i-1) — b_i) == ?_1..inf (a_2i + a_(2i-1) — b_2i + b_(2i-1))
                            то согласен ли ты с этим
                            ?_1..inf (a_i — b_2i — b_(2i-1) ) == ?_1..inf (a_2i + a_(2i-1) — b_2i + b_(2i-1))
                            ведь «и там и там присутствуют все члены последовательности b» и
                            при n=3 допустим мы получим
                            — 2 — 4 — 6 — 8 — 10 + 1 — 2 +3
                            и последовательность выглядит совсем подругому
                            а еще получаем
                            ?_1..inf (a_2i + a_(2i-1) — b_i) == ?_1..inf (a_i — b_2i — b_(2i-1))


                            1. technic93
                              09.12.2019 02:20

                              Да все верно, только не для s = 1
                              Upd: все что вы тут проделали это же просто перестановка членов последовательности, о чем я говорил в начале. Понятное дело перестановка затрагивает бесконечное количество элементов, потому что в конечные перестановки тривиальны.


  1. technic93
    08.12.2019 13:00

    мимо. del.


  1. justhabrauser
    08.12.2019 14:46

    Многие знаю, что 1+2+3+… = -1/12

    Я один завис на первой же фразе?


    1. maxzhurkin
      08.12.2019 15:06
      +1

      Ниже идёт доказательство, но оно некорректное


      1. justhabrauser
        08.12.2019 15:09
        +1

        1+2+3+… = -1/8

        Это корректнее?
        То есть можно начать статью с фразы "Многие знают, что 2 x 2 = 5, но на самом деле 2 x 2 = 3"?


        1. maxzhurkin
          08.12.2019 19:55

          Это корректнее?
          разумеется, нет
          То есть можно начать статью с фразы «Многие знают, что 2 x 2 = 5, но на самом деле 2 x 2 = 3»?
          а почему вы меня об этом спрашиваете? Я точно так же негодую


    1. technic93
      08.12.2019 15:40
      +1

      Ну читатели хабра могут и знать, там дальше ссылка идет https://habr.com/ru/post/53883/


      1. justhabrauser
        08.12.2019 15:43
        +1

        Читателей хабра не смущает, что сумма положительных чисел может быть отрицательной?
        Главное, что есть ссылка?


        1. technic93
          08.12.2019 15:48
          +1

          Все зависит от определений, бесконечные суммы могут быть определены по разному о чем говорится дальше ;)


          1. redial
            08.12.2019 15:55
            +1

            Таким же образом, можно написать после = любое число и заявить, что я художник математик, я так вижу. Главное, побольше ссылок на вики и подлинее доказательство, в котором будут группировки, преобразования, допущения и предположения. Частицы над вами смеются, горе математики.


            1. technic93
              08.12.2019 16:02
              +1

              Какие частицы? Действительно в математике можно ввести любую не противоречивую систему аксиом и посмотреть что будет. Будет ли это кому-то полезно? Может оказаться что через 50 лет да. Можно написать десятки книг (точнее они уже написаны) на тему истории науки и как "бесполезные открытия" становятся вдруг нужными. В частности физика частиц (элементарных частиц типа кварки и т.п.) это суровая математика, и методы регуляризации бесконечных сумм и интегралов (в частности про -1/12) используются во всю.


          1. justhabrauser
            08.12.2019 16:03
            +1

            А, понял: "косинус угла в военное время может достигать четырех".
            Всё относительно.


            1. technic93
              08.12.2019 16:05
              +1

              Да конечно статья провокационная, математики как раз очень аккуратны в определениях поэтому правильное определение в комментарии ниже https://habr.com/ru/post/479188/#comment_20978722


              1. justhabrauser
                09.12.2019 08:38

                Да вот, кстати, о птичках.
                И вот теперь и думай — это философия, юмор или бред.


            1. mayorovp
              09.12.2019 09:49
              +1

              Кстати, косунус комплексного угла и правда может достигать четырех...


        1. KvanTTT
          08.12.2019 18:36

          Не смущает. А вас не смущает, что можно взять корень из отрицательного числа и комплексный анализ имеет не только теоретическое, но и прикладное значение? Понятие о сумме натуральных чисел в таком виде тоже используется в физике (почитайте здесь).


          1. toyban
            08.12.2019 20:24
            -2

            А вас не смущает, что можно взять корень из отрицательного числа...

            Кто Вам такую чушь сказал? Это ж из какого отрицательного числа можно взять корень (квадратный, я так понимаю)?


            1. justhabrauser
              08.12.2019 20:52

              Из любого.
              RTFM "комплексные числа".


              1. toyban
                08.12.2019 20:57

                То есть Вам не составит труда сказать мне, сколько будет image


                1. justhabrauser
                  08.12.2019 21:05

                  2.23606798i примерно.
                  В гугле забанили?


                  1. toyban
                    08.12.2019 23:39
                    -2

                    То есть Вы утверждаете, что
                    image?


                    Верно? Где i — это вымышленная единица, т.е.
                    image.


                    Я все правильно понимаю?


                    Ну, тогда давайте немного поработаем с этим удивительным числом. Возьмем, например, его квадрат:
                    image


                    Ух-ты! Как же здорово получилось! И в самом деле вышло -5. Удивительно… Но вот мой сосед говорит, что квадрат надо вот так брать:
                    image


                    Хмм… Берем квадраты одного и того же числа, а ответы — разные! Вот же ж загадка! Какой же, однако, положительно интересный парадокс. Но хорошо, что Вас в гугле не забанили, и Вы сможете поведать нам всем, в чем же тут загвоздка.


                    1. justhabrauser
                      09.12.2019 00:01
                      -1

                      Моя подруга со своим парнем Ваш сосед Вас немного обманул (точнее — ловкость рук и никакого мошенства небольшая манипуляция, прям как в статье).
                      Исходите с соседом из того, что SQRT(-5) == 0 + i*SQRT(5).


                      Произведением двух комплексных чисел z1=a+bi и z2=c+di является комплексное число z1z2 = (ac-bd)+i(ad+cb).

                      Вещественную часть нельзя проёпускать


                      1. toyban
                        09.12.2019 00:12
                        -1

                        Что i*sqrt(5) — это комплексное число, у меня сомнений нет. И поэтому умножать его надо по правилам произведения двух комплексных чисел.


                        Но Вы не доказали, что sqrt(-5) — это комплексное число. Пока Вы только это постулировали


                        Исходите из того, что SQRT(-5) == 0 + i*SQRT(5)

                        Поэтому докажите, что SQRT(-5) — это комплексное число. А иначе к нему нельзя применять правила умножения комплексных чисел.


                        1. justhabrauser
                          09.12.2019 00:18
                          -1

                          Доказываю:
                          1. SQRT(-5) — не комплексное и не число. Это формула. Операция.
                          2. Результат операции — комплексное число:
                          SQRT(-5) = SQRT(-1*5) = SQRT(-1)*SQRT(5) = i*SQRT(5) = 0 + i*SQRT(5)

                          В вашем с соседом случае для возведения в степень комплексного числа надо почитать документацию.


                        1. technic93
                          09.12.2019 02:53

                          Боюсь ваш тонкий юмор будет не понят


                          1. justhabrauser
                            09.12.2019 08:30

                            Это тоже тонкий юмор?


                        1. Refridgerator
                          09.12.2019 06:36

                          В поле комплексных чисел любое число — комплексное, даже если у него мнимая компонента равна нулю.


                          1. toyban
                            09.12.2019 09:44

                            Ваш ответ мне нравится. Он и в самом деле доказывает, что корень из отрицательного действительного — комплексное число.


                    1. Refridgerator
                      09.12.2019 09:14

                      (На всякий случай, вдруг дети читают) — в общем случае (an)m ? (am)n.


                    1. Refridgerator
                      09.12.2019 09:46

                      i — это не вымышленная единица, а мнимая, и не число, а символ. Её(его) используют для удобства записи и вычислений — манипулировать комплексными числами можно и без i, если записывать комплексное число как вектор.


                      1. toyban
                        09.12.2019 10:24

                        Я в курсе, спасибо.


                        По поводу "вымышленной единицы" — это калька на imaginary unit.


                1. vp_arth
                  08.12.2019 21:05

                  Непонятно, в чём конкретно заключается Ваше негодование: image

                  image


          1. justhabrauser
            08.12.2019 20:50

            Корень из отрицательного числа не смущает, как и деление на 0.
            Даже то, что 1+2+3=11 не смущает (а это чистая правда).
            Смущает, что статья в хабе "Математика", а не "Хайп" или "Фокусы".


            1. KvanTTT
              08.12.2019 23:32

              Корень из отрицательного числа не смущает, как и деление на 0.

              А сами отрицательные числа не смущают? Как может быть -5 яблок? Сейчас может звучит забавно, но их тоже не признавали очень долгое время.


              Даже то, что 1+2+3=11 не смущает (а это чистая правда).

              Может в какой-то системе аксиом это и правда, но такая система бесполезная.


              Смущает, что статья в хабе "Математика", а не "Хайп" или "Фокусы".

              Меня тоже смущает, но только лишь из-за того, что автор неправильно использует математический аппарат.


              1. t13s
                09.12.2019 12:35

                Может в какой-то системе аксиом это и правда, но такая система бесполезная.

                Да нет, всего лишь пятеричная система счисления в общепринятой системе аксиом. А полезность таковой зависит от возможности и целесообразности имплементации «в железе».


  1. valemak
    08.12.2019 15:18
    +1

    Немного странно, что статья заминусована, поскольку совершенно очевидно, что это воскресная шутка.

    Также подобные статьи — занятный и лёгкий способ размять мозги, предоставив читателю возможность самостоятельно опровергнуть софистику в рассуждениях.


    1. technic93
      08.12.2019 15:45
      +1

      Ну не первое апреля на дворе, все в приготовлениях к новому году а тут оказывается что сколько бы подарков они не купили продавец им всегда должен 12.5 рублей )))


    1. justhabrauser
      08.12.2019 16:11
      +1

      Как бы хаб "Математика", а не "Юмор" или "1-е апреля".
      Здесь же тусят разные "интересные" личности, всякое бывает.


  1. vp_arth
    08.12.2019 15:36
    +2

    Несложно «доказать», что 1-2+3-4… равно чему угодно, хоть ?

    1. Выбираем положительные члены, пока бегущая сумма(по Чезаро? Или просто среднее) меньше нужного числа.
    2. Выбираем отрицательные пока больше.
    3… (Предельный переход)
    4. Профит


  1. Shkaff
    08.12.2019 15:43
    +2

    Сумма бесконечного числового ряда расходится (бесконечна), как ни считай. Обобщенная сумма, которая и дает результат -1/12, к обычному суммированию имеет очень опосредованное отношение: это просто другая математическая операция, и нет ничего удивительного в том, что ее результат противоречит логике обычного суммирования.


    1. Refridgerator
      09.12.2019 11:50

      Сумму бесконечного расходящегося числового ряда можно посчитать, если придать ему дополнительный смысл — например, рассматривая как разложение в ряд Тейлора некоторой функции, например x2/(1+x2)2 = x2-2x4+3x6-4x8+5x10… Взяв x=1, слева получим конкретное число, а справа — расходящийся ряд.


      1. Shkaff
        09.12.2019 12:51

        Тут несколько иное. Хотя формально эта сумма тоже не «обычная», а по Абелю, суммирование тут обладает обычными свойствами суммирования. Я, конечно, в первую очередь говорил о сумме положительных чисел, как из примера в статье.


  1. sbnur
    08.12.2019 15:57
    +1

    Все это жевано-пережевано — лучше бы учились прилежно — глядишь, что-нибудь путное придумали


  1. ganqqwerty
    08.12.2019 22:11
    -1

    Дайте угадаю — статья сгенерирована нейронкой?


  1. GarryC
    09.12.2019 10:53

    Это не трюк и не фокус.

    Верная формулировка утверждений поста:
    1. Предположим, что сумма 1+2+3+… сходится (ограничена) (неверная посылка, это можно доказать).
    2. Тогда 1+2+3+… можно записать в виде (далее по тексту)
    и можно показать, что 1+2+3+...=-1/8

    Как известно, из ложного предположения следует все, что угодно.