59,2K подписчиков

Одно из самых известных чисел в математике, о котором Вы даже и не знали

44K прочитали

Приветствую Вас, уважаемые Читатели! Какие самые известные числа из мира математики приходят Вам на ум спустя длительное время после окончания обучения? Наверное, каждый из Вас вспомнит число Пи, у кого-то всплывет в памяти число Эйлера, некоторым придет в голову золотое сечение.

Лоренцо Маскерони. Источник: https://sun9-37.userapi.com/c857332/v857332454/1155f8/SBbtMlxG4vc.jpg
Лоренцо Маскерони. Источник: https://sun9-37.userapi.com/c857332/v857332454/1155f8/SBbtMlxG4vc.jpg

Однако, постоянную, о которой я хочу сегодня рассказать, навряд ли узнает не математик, несмотря на то, что по количеству употреблений она не сильно отстает от вышеперечисленных. Речь пойдет о постоянной Эйлера-Маскерони, очень простой в нахождении, но до сих пор таящей в себе загадки. Поехали!

Давайте повторим путь, который прошел Леонард Эйлер для нахождения этой постоянной.

Частичные суммы гармонического ряда
Частичные суммы гармонического ряда

Рассмотрим гармонический ряд, который уже неоднократно встречался на моем канале, например, в задаче о бессмертном муравье. Известно, что этот ряд расходящийся, т.е. его сумма хоть очень медленно, но неограниченно растет.

Площадь синей области сходится к постоянной Эйлера-Маскерони
Площадь синей области сходится к постоянной Эйлера-Маскерони

Неограниченный рост - это хорошо, но его невозможно пощупать. А что, если попытаться ограничить хотя бы его частичные значения некой функцией, например, логарифмом.

-4

Чем больше будет порядок n частичной суммы, тем разность её с логарифмом n будет ближе и ближе к некой константе. Сам Эйлер вычислил её первые 16 знаков, а Лоренцо Маскерони - 32, хотя и допустил несколько ошибок в вычислении. На данный момент количество верно вычисленных знаков равно чуть больше 600 миллионов.

Чтобы Вы понимали, какой нетривиальной была эта задача для 18 века, я вычислил значение суммы гармонического ряда до 100. Её значение - 5,18737751136796. Если вычесть из этого числа Ln(100), то получим 0,582 - т.е. только первый знак правильно определен. Впрочем, уже при n=1000, верно определяются первые четыре знака.

В каких задах появляется постоянная Эйлера-Маскерони ?

  • Удивительно, но постоянная Эйлера-Максерони тесно связана с простыми числами. Например, она описывает разрывы между простыми числами.
  • Постоянная равна первой производной гамма-функции, взятой со знаком минус. Сама же Гамма-функция используется в таких областях как атомная физика, гидродинамика, экономика и сейсмология. Эта функция, также придуманная Эйлером, позволяет расширить применение факториала на вещественные и комплексные числа.
График гамма-функции. Подробно расскажу о неё позже. Источник:  https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/44/Gamma_abs.png?1553415433039
График гамма-функции. Подробно расскажу о неё позже. Источник: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/44/Gamma_abs.png?1553415433039
  • в диаграммах Фейнмана, описывающих поведение субатомных частиц.
Последнее - самое удивительное. Получается, что постоянная Эйлера-Маскерони может быть мостиком внутри нашего мироздания: связывать простые числа и частицы, из которых состоит материя!

Загадка постоянной Эйлера-Маскерони в том, что мы ничего о ней не знаем, кроме факта существования. Например, неизвестно, является ли она рациональным числом и показано, что таковым она будет являться, если знаменатель больше, чем 10^244663, что и современным компьютерам не под силу.

Повсеместность появления постоянной Эйлера-Маскерони делает её числовую природу одним из главных открытых вопросов в математике.. В последнее 10 лет большинство ученых склоняются к её трансцендентности.

Читайте также: