More estimates on the harmonic series.
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@ -6390,7 +6390,7 @@ Newton nos dá a sequência
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e daí obtemos $a_0 = 3$, $a_1 \approx 2.7041$, $a_2 \approx 2.7182$,
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obtendo uma precisão de pelo menos quatro casas decimais.
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\subsection{Uma estimativa por via de integrais}
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\subsection{Uma estimativa da série harmônica por via de integrais}
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Séries podem ser estimadas por integrais, já que integrais são
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séries. Considere o problema de estimar se a soma
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@ -6415,6 +6415,55 @@ $H_{10^4} = 1 + 1/2 + 1/3 + \cdots + 1/10^4 \approx 9.78$. E como
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fazer pra concluirmos que ela é menor que 10? Considere a integral da
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função inversa de $n - 1$ a $n$ e veja o que você consegue descobrir.
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Não se consegue a dedução, mas encontra-se resultados que podem ser
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lucrativos em outros mercados. Por exemplo,
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\fr{1}{n} < \int_{n - 1}^n \fr{1}{x} \dx = \ln n - \ln (n - 1)
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porque a soma de Riemann abaixo da curva $1/x$ no intervalo $(n-1, n)$
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usando-se $\D{x} = 1$ é $1/n$. Essa soma de Riemann é um limite
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inferior para a integral porque estamos pegando o intervalo que está à
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esquerda de $n$, portanto a curva em si repousa sobre o retângulo
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relativo ao intervalo de interesse. Como a integral é exatamente $\ln
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n - \ln (n - 1)$, sabemos então que
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$$1/n < \ln n - \ln (n - 1),$$
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de onde deduzimos fatos como $1/10^4 < \ln 10000 - \ln 9999$.
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Dessa mesma construção também extraímos a desigualdade
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$$\fr{1}{2} + \fr{1}{3} + ... + \fr{1}{10000} < \ln 10000 - \ln 1$$
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e de uma forma geral obtemos
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$$1 + \fr{1}{2} + \fr{1}{3} + ... + \fr{1}{n} < 1 + \ln n.$$
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Então aí está um belo limite superior para a série harmônica, mas
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obtemos $\ln 10000 < 9.21$ e portanto $H_{10^4} < 10.21$, o que não
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nos permite deduzir que esse número é na verdade menor que 10. É a
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vida---valeu a tentativa porque coletamos um truque novo.
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A divergência da série harmônica pode ser provada através da série
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$$1 + \fr{1}{2} + \left(\fr{1}{4} + \fr{1}{4}\right) + \left(\fr{1}{8} + \fr{1}{8} + \fr{1}{8} + \fr{1}{8}\right) + ...$$
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porque essa série claramente diverge e é claramente menor que a série
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harmônica. Enquanto a série harmônica costuma ser representada pela
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letra $H$, vamos chamar a série acima de $2^H$ porque ela tem relações
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com potências de 2.
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Observe primeiro que cada agrupamento pelos parênteses é igual a
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1/2. Agora pergunte-se quantos 1/2 aparecem quando temos $2^n$
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termos. Por exemplo, acima escrevemos 8 termos da série, o que nos deu
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$1 + 1/2 + 1/2 + 1/2 = 2.5$. Você pode se interessar por saber contar
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$2^0 + 2^1 + 2^2 + ... 2^n$, o que dá $2^{n + 1} - 1$, o que pode ser
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provado por indução. Acima, nós fomos até $2^3$ no denominador,
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portanto temos $2^4$ termos, que são $2^7$ metades e a unidade com a
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qual a série se inicia. Isso então significa...
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\newpage \printbibliography
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