1

x

هدف البحث

بحث في العناوين

بحث في اسماء الكتب

بحث في اسماء المؤلفين

اختر القسم

القرآن الكريم
الفقه واصوله
العقائد الاسلامية
سيرة الرسول وآله
علم الرجال والحديث
الأخلاق والأدعية
اللغة العربية وعلومها
الأدب العربي
الأسرة والمجتمع
التاريخ
الجغرافية
الادارة والاقتصاد
القانون
الزراعة
علم الفيزياء
علم الكيمياء
علم الأحياء
الرياضيات
الهندسة المدنية
الأعلام
اللغة الأنكليزية

موافق

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : التحليل : التحليل العددي :

Convergence Improvement

المؤلف:  Abramowitz, M. and Stegun, I. A.

المصدر:  Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover

الجزء والصفحة:  ...

9-12-2021

910

Convergence Improvement

The improvement of the convergence properties of a series, also called convergence acceleration or accelerated convergence, such that a series reaches its limit to within some accuracy with fewer terms than required before. Convergence improvement can be effected by forming a linear combination with a series whose sum is known. Useful sums include

sum_(n=1)^(infty)1/(n(n+1)) = 1

(1)

sum_(n=1)^(infty)1/(n(n+1)(n+2)) = 1/4

(2)

sum_(n=1)^(infty)1/(n(n+1)(n+2)(n+3)) = 1/(18)

(3)

sum_(n=1)^(infty)1/(n(n+1)...(n+p)) = 1/(p·p!).

(4)

Kummer's transformation takes a convergent series

 s=sum_(k=0)^inftya_k

(5)

and another convergent series

 c=sum_(k=0)^inftyc_k

(6)

with known c such that

 lim_(k->infty)(a_k)/(c_k)=lambda!=0.

(7)

Then a series with more rapid convergence to the same value is given by

 s=lambdac+sum_(k=0)^infty(1-lambda(c_k)/(a_k))a_k

(8)

(Abramowitz and Stegun 1972).

The Euler transform takes a convergent alternating series

 sum_(k=0)^infty(-1)^ka_k=a_0-a_1+a_2-...

(9)

into a series with more rapid convergence to the same value to

 s=sum_(k=0)^infty((-1)^kDelta^ka_0)/(2^(k+1)),

(10)

where

 Delta^ka_0=sum_(m=0)^k(-1)^m(k; m)a_(k-m)

(11)

(Abramowitz and Stegun 1972; Beeler et al. 1972).

A general technique that can be used to acceleration converge of series is to expand them in a Taylor series about infinity and interchange the order of summation. In cases where a symbolic form for the Taylor series can be found, this come sometimes even allow the sum over the original variable to be done symbolically. For example, consider the case of the sum

 c=sum_(k=2)^infty1/kln(k/(k-1))=0.7885305659115...

(12)

(OEIS A085361) that arises in the definition of the Alladi-Grinstead constant. The summand can be expanded about infinity to get

c = sum_(k=2)^(infty)k^(-2)+1/2k^(-3)+1/3k^(-4)+...

(13)

= sum_(k=2)^(infty)sum_(n=1)^(infty)1/(nk^(n+1)).

(14)

Interchanging the order of summation then gives

c = sum_(n=1)^(infty)sum_(k=2)^(infty)1/(nk^(n+1))

(15)

= sum_(n=1)^(infty)(zeta(n+1)-1)/n,

(16)

where zeta(n) is the Riemann zeta function, which converges much more rapidly.

A transformations of the form

 T(S_n)=(S_(n+1)S_(n-1)-S_n^2)/(S_(n+1)-2S_n+S_(n-1)),

(17)

where

 S_n=sum_(k=0)^na_k,

(18)

is the nth partial sum of a sequence {a_k}_(k=0)^infty, can often be useful for improving series convergence (Hamming 1986, p. 205). In particular, T(S_n) can be written

T(S_n) = ((S_n+a_(n+1))(S_n-a_n)-S_n^2)/(S_n+a_(n+1)-2S_n+S_n-a_n)

(19)

= S_n+(a_na_(n+1))/(a_n-a_(n+1)).

(20)

The application of this transformation can be efficiently carried out using Wynn's epsilon method. Letting epsilon_0(S_n)=S_nepsilon_(-1)(S_n)=0, and

 epsilon_(r+1)(S_n)=epsilon_(r-1)(S_(n+1))+1/(epsilon_r(S_(n+1))-epsilon_r(S_n))

(21)

for r=1, 2, ... (correcting the typo of Hamming 1986, p. 206). The values of epsilon_(2k)(S_n) are there equivalent to the results of applying k transformations to the sequence S_n (Hamming 1986, p. 206).

Given a series of the form

 S=sum_(n=1)^inftyf(1/n),

(22)

where f(z) is an analytic at 0 and on the closed unit disk, and

 f(z)|_(z->0)=O(z^2),

(23)

then the series can be rearranged to

S = sum_(n=1)^(infty)sum_(m=2)^(infty)f_m(1/n)^m

(24)

= sum_(m=2)^(infty)sum_(n=1)^(infty)f_m(1/n)^m

(25)

= sum_(m=2)^(infty)f_mzeta(m),

(26)

where

 f(z)=sum_(m=2)^inftyf_mz^m

(27)

is the Maclaurin series of f and zeta(z) is the Riemann zeta function (Flajolet and Vardi 1996). The transformed series exhibits geometric convergence. Similarly, if f(z) is analytic in |z|<=1/n_0 for some positive integer n_0, then

 S=sum_(n=1)^(n_0-1)f(1/n)+sum_(m=2)^inftyf_m[zeta(m)-1/(1^m)-...-1/((n_0-1)^m)],

(28)

which converges geometrically (Flajolet and Vardi 1996). Equation (28) can also be used to further accelerate the convergence of series (◇).


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, p. 16, 1972.

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 288-289, 1985.

Beeler et al. Item 120 in Beeler, M.; Gosper, R. W.; and Schroeppel, R. HAKMEM. Cambridge, MA: MIT Artificial Intelligence Laboratory, Memo AIM-239, p. 55, Feb. 1972. http://www.inwap.com/pdp10/hbaker/hakmem/series.html#item120.

Flajolet, P. and Vardi, I. "Zeta Function Expansions of Classical Constants." Unpublished manuscript. 1996. http://algo.inria.fr/flajolet/Publications/landau.ps.

Hamming, R. W. Numerical Methods for Scientists and Engineers, 2nd ed. New York: Dover, pp. 206-207, 1986.

Shanks, D. "Nonlinear Transformations of Divergent and Slowly Convergent Sequences." J. Math. Phys. 34, 1-42, 1955.

Sloane, N. J. A. Sequence A085361 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي