求解给定含x序列的通项公式(分母部分)
嘿,你已经把分子部分搞定了,真不错!先确认一下:你推导的分子$x{4m+1}$完全正确——当m=1时对应$x5$,m=2时是$x9$,m=3时是$x{13}$,完美匹配序列里的每一项。
接下来看分母,你已经观察到它是5、5×9、5×9×13这样的连乘积,本质上是从5开始,每次递增4的连续m个整数的乘积。我们可以用几种方式来表达它:
1. 最直观的连乘积形式
直接用乘积符号写出规律,这也是最容易理解的形式:
$$
\text{第m项分母} = \prod_{k=1}^m (4k + 1)
$$
验证一下:
- m=1时,$\prod_{k=1}^1 (4k+1)=4×1+1=5$,符合;
- m=2时,$\prod_{k=1}^2 (4k+1)=5×9=45$,符合;
- m=3时,$\prod_{k=1}^3 (4k+1)=5×9×13=585$,完全匹配。
2. 用Pochhammer上升阶乘符号简化
如果你想让表达式更紧凑,可以使用Pochhammer上升阶乘符号($(a)_m$,也叫递增阶乘),它的定义是:
$$
(a)m = a(a+1)(a+2)\dots(a+m-1)
$$
对于我们的分母,每一项可以拆成$4k+1=4\left(k+\frac{1}{4}\right)$,所以连乘积可以转化为:
$$
\prod{k=1}^m (4k + 1) = 4^m \left( \frac{5}{4} \right)_m
$$
代入验证的话,$\left(\frac{5}{4}\right)_m = \frac{5}{4}×\frac{9}{4}×\dots×\frac{4m+1}{4}$,乘以$4^m$之后正好抵消分母的4,得到5×9×…×(4m+1),完全正确。
3. 伽马函数形式(适合进阶场景)
如果需要用到分析领域的表达,还可以用伽马函数$\Gamma(z)$来表示(伽马函数满足$\Gamma(z+1)=z\Gamma(z)$):
$$
\prod_{k=1}^m (4k + 1) = \frac{4^m \Gamma\left(m + \frac{5}{4}\right)}{\Gamma\left(\frac{5}{4}\right)}
$$
这个形式和Pochhammer符号的表达式是等价的,因为Pochhammer符号本身就可以用伽马函数定义:$(a)_m = \frac{\Gamma(a+m)}{\Gamma(a)}$。
最终通项公式
结合你已经搞定的分子,整个序列的第m项(m=1,2,3,...)可以写成:
$$
\frac{x{4m+1}}{\prod_{k=1}m (4k+1)}
$$
或者用更紧凑的Pochhammer形式:
$$
\frac{x{4m+1}}{4m \left( \frac{5}{4} \right)_m}
$$
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Jack




