注:正如评论中提到的那样,我认为我们正在处理$\sum_{l_x=0}^\infty e^{\Delta l_x^2}$和$\int_0^\infty e^{-\Delta x^2}\,\mathrm{d} x个$.
所以,问题是,除非在非常特殊的情况下,你是正确的,因为大多数和都没有意义上对应于积分。然而,我认为$q_x$也不相等!对于$\增量=10^{-17}$,沃尔夫拉姆建议$$\左|\sum_{n=0}^\infty e ^{-\Δn ^2}-\int_0^\infty e^{-\Delta x^2}\,\mathrm{d} x个\正确|\大约12$$
(Wolfram链接)
黎曼积分的定义:
我不知道这有多必要,但我觉得还是值得一看,以防万一。
黎曼积分的定义实际上并不像所描述的那样,但有点复杂。我们说$$\int_a^b f(x)\,\mathrm{d} x个=我$$当且仅当:
- 对于每个$\varepsilon>0$...
- …存在一个$\增量>0$...
- ……如果$P美元$是的分区【a,b】美元$具有$\|P\|<\delta$...
- …和$\Xi美元$是由P美元$...
- …然后$|R(f,P,\Xi)-I|<\varepsilon$
在这里:
- P美元$作为分区意味着我们取点$\{x_i\}_{i=0}^n$这样的话$a=x_0<x_1<cdots<x_n=b$.
- 的规范P美元$由提供$\|P\|:=\max|x_i-x_{i-1}|$
- $\Xi美元$是标记点的集合$\{\xi\}_{i=1}^n$意味着$\xi_i\在[x_{i-1},x_i]中$对于每个1美元$(有人可能会说$P\杯\Xi$是“标记的分区”。)
- 然后我们定义黎曼和为$$R(f,P,\Xi):=\sum_i f(\Xi_i)\Delta x_i$$甚至写$$\lim_{|P\|\到0}R(f,P,\Xi)=:\int_a^bf(x)\,\mathrm{d} x个$$
关键要点:直观地说,这意味着,当我们向分区添加很多很多点时--和当它们越来越接近时,我们可以很好地近似积分。更准确地说,如果我们知道一个精确的误差$\varepsilon美元$我们希望实现,有一个相应的美元\ delta$间隔不能大于。
关于$n\to\infty$?:这假设有一个特定的分区选择,具有相等的间距-例如,$$\增量x=\压裂{b-a}{n}\qquad(平方米)x_i=a+i\增量x$$然而,我们可以做得更笼统一些,一般的定义对这种情况很有启发性。
好吧,但我有一个带有无穷界的积分。微积分II中的相同定义仍然适用:$$\开始{align*}\int _ a^\输入f(x)\,\mathrm{d} x个&:=\lim_{b\to+\infty}\int_a^bf(x)\,\mathrm{d} x个 \\\int_{-\infty}^bf(x)\,\mathrm{d} x个&:=\lim_{a\to-\infty}\int_a^bf(x)\,\mathrm{d} x个 \\\int_{-\infty}^\infty f(x)\,\mathrm{d} x个&:=\int_{-\infty}^c f(x)\,\mathrm{d} x个+\int_c^\infty f(x)\,\mathrm{d} x个标记{用于任何$c\in\mathbb{R}$}\结束{align*}$$
所以,当“转换”$$\sum_{n=0}^\infty e^{-\Delta n^2}\xrightarrow{\text{“已转换为”}}\int_0^\infty e^{-\Delta x^2}\,\mathrm{d} x个$$我们需要考虑该类型的积分$\int_0^b e ^{-\Delta x ^2}\,\mathrm{d} x个$甚至看起来像。为此,将其转换为黎曼和,我们将得到某种类型的$$\总和^{-\增量\xi_i^2}(x_{i+1}-x_i)$$(上图,美元\ Delta$显式地是常量,而不是差分运算符。)请注意,如果您选择分区为非负整数,并且标记点为这些间隔的左端点,那么这些值正好匹配您要估计的总和。
的作用美元\ Delta$小型化:
…好吧,这一切都很好,并且已经证明了近似的使用是合理的$$\sum_{n=0}^\infty f(n)\approxix\int_0^\ infty f(n)\,\mathrm{d} n个$$适当的$f美元$然而,这是一个非常、非常粗糙的近似值。对于特别不守规矩的人$f美元$,您在求和时使用的每个“整数宽度矩形”上可能会有一个错误,该错误大致等于该间隔内函数的最大值。
(这又回到了“积分是曲线下的面积”:上述估计使用宽度为矩形$1$特别是。)
例如,一个性能相对良好的函数,如$f(x)=e^{-10x}-e^{-1}$获得大量剩余区域:
(我为微积分I学生制作的Desmos演示的通用版本在这里.)
事实上,已知的结果是,通过这个“左端点估计”规则,黎曼和$R(f,P,\Xi)$,使用$P=\{x_i \}_{i=0}^n$和$\Xi=\{x_i\}_{i=0}^{n-1}$,如果$f美元$在上可区分【a,b】美元$,然后$$\左|R(f,P,\Xi)-\int_a^b f(x)\,\mathrm{d} x个\右|\le\frac{(b-a)^2}{2n}\sup_{x\in[a,b]}|f'(x)|$$让我们将其应用于该类型的积分$\int_0^b e^{-\Delta x^2}\,\mathrm{d} x个$,使用左端点估计规则和分区指向整数。然后$$\左|R\left(e^{-\Delta x^2},P,\Xi\right)-\int_0^b e^{-\Delta x ^2}\,\mathrm{d} x个\右|\le\frac{(b-0)^2}{2b}\sup_{x\in[0,b]}\left|\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} x个}e^{-\Delta x^2}\右|=\fracb2\sup_{x\in[0,b]}\left|\frac{\mathrm{d}}{\mathr{d} x个}e^{-\Delta x^2}\右|$$你甚至可以证明,因为十亿美元$足够大,$$\sup_{x\in[0,b]}\left|\frac{\mathrm{d}}{\mathr{d} x个}e^{-\Delta x^2}\右|=\sqrt{\frac{2\Delta}{e}}$$所以$$\左|R\left(e^{-\Delta x^2},P,\Xi\right)-\int_0^b e^{-\Delta x ^2}\,\mathrm{d} x个\右|\le\fracb2\sqrt{\frac{2\Delta}{e}}=\frac{b\sqrt{\Delta}}{\sqrt{2e}}\tag{$\ast$}$$
轶事:有趣的是,绘制Desmos认为的误差和误差范围,而误差范围与$\增量^{1/2}$,误差本身似乎呈线性扩展。
这可能是Desmos使用的估计方法的伪影,特别是因为$e^{-x^2}$腐烂得很快。这在这里并不重要,因为我们想要美元\ Delta$小。这是我的演示的链接。
那么,外卖:为什么选择美元\ Delta$变小了?因为那样的话,误差会相应地很小,有一个合适的上限,如中所示$(\ast)$平等不太可能实现,但美元\ Delta$这种小的误差可以忽略不计,在许多情况下积分通常更容易处理。
简而言之,那么:大多数情况下,在任何有意义的意义上,你都无法将和转换成这样的积分,但我相信这并不是我们在这里关心的问题:相反,我认为真正起作用的是将和视为积分,并选择一个非常小的参数来产生非常小的误差。