分式级数∑1/[n(n+1)]的严谨求解方法咨询
嘿,你观察到的规律完全正确!而且你提到的**望远镜级数(telescoping series)**就是解决这类问题的核心技巧,不用靠算前几项猜规律也能严谨推导出来,我来给你一步步拆解:
首先,我们用部分分式分解把通项拆成两个简单分式的差——这是望远镜级数的关键步骤:
对于任意正整数n,我们可以把$\frac{1}{n(n+1)}$拆解为:
$$\frac{1}{n(n+1)} = \frac{1}{n} - \frac{1}{n+1}$$
你可以自己验证下,把右边通分后确实等于左边:$\frac{(n+1)-n}{n(n+1)} = \frac{1}{n(n+1)}$,完全成立。
接下来把这个分解代入到你的求和式里:
$$\sum_{n=1}^{89} \frac{1}{n(n+1)} = \sum_{n=1}^{89} \left( \frac{1}{n} - \frac{1}{n+1} \right)$$
现在把求和展开写出来,你就能一眼看到神奇的抵消效果了:
$$\left(1 - \frac{1}{2}\right) + \left(\frac{1}{2} - \frac{1}{3}\right) + \left(\frac{1}{3} - \frac{1}{4}\right) + \dots + \left(\frac{1}{89} - \frac{1}{90}\right)$$
看到没?中间的每一项都会被抵消掉:$-\frac{1}{2}$和后面的$+\frac{1}{2}$抵消,$-\frac{1}{3}$和后面的$+\frac{1}{3}$抵消,一直到$-\frac{1}{89}$和前面的$+\frac{1}{89}$抵消。最后就只剩下最开头的1和最后面的$-\frac{1}{90}$。
所以最终的结果就是:
$$1 - \frac{1}{90} = \frac{89}{90}$$
这个方法是通用的,不管求和上限是多少k,$\sum_{n=1}^{k} \frac{1}{n(n+1)}$的结果都是$\frac{k}{k+1}$,和你之前观察到的规律完全一致,但这次是严谨推导出来的,不用依赖猜规律啦!
备注:内容来源于stack exchange,提问作者shrey1

