Аннотация: В работе дан ответ на вопрос:существует ли Актуальная бесконечность.
Решение двадцать четвёртой проблемы Гильберта.
I.
Четвёртого июня 1925 года Давид Гильберт на съезде математиков, организованном вестфальским математическим обществом в Мюнстере в память Карла Вейерштрасса, выступил с докладом "О бесконечности".
Так к списку из 23-х нерешённых задач математики, озвученном им же на II Международном математическом конгрессе в Париже в 1900 году, добавилась 24-я проблема.
Бесконечна ли бесконечность? Именно с математической точки зрения.
Со времён Аристотеля бесконечность была разделена на потенциальную бесконечность и актуальную бесконечность.
Яркий представитель потенциальной бесконечности - натуральный ряд чисел:
1, 2, 3, 4, .... , K, ...., L, ... , M, ..., ... N, N+1, N +2, ...., ∞.
А существует ли Актуальная бесконечность?
О её существовании говорят парадоксы Галилео Галилея и Бернарда Больцано, теория множеств Георга Кантора.
Рассмотрим одно из "доказательств" существования Актуальной бесконечности на основе высшей математики.
Известна сумма первых натуральных чисел: S1 = N * (N +1) / 2,
где N - какое-либо натуральное число;
где S1 - сумма числового ряда, составленного из первых членов натурального ряда.
Известна сумма квадратов первых натуральных чисел: S2 = N * (N +1) * (2N + 1) / 6,
где S2 - сумма числового ряда, составленного из квадратов первых членов натурального ряда.
Известна сумма кубов первых натуральных чисел: S3 = N2 * (N + 1)2 / 4 = (S1)2,
где S3 - сумма числового ряда, составленного из кубов первых членов натурального ряда.
Если ряд, составленный из кубов натуральных чисел:
13 + 23 + 33 + 43 + .... + N3 = S3
равен квадрату ряда натуральных чисел:
(1 + 2 + 3 + 4 + .... + N)2 = (S1)2,
то можно предположить, что сумма ряда, составленного из членов натурального ряда в какой-либо степени n равна сумме ряда, составленного из тех же натуральных чисел, но уже в меньшей степени и так далее. Получается, что ряды сходятся.
Для доказательства воспользуемся формулой интегрирования:
∫ Nn dN = Nn+1 / (n +1)
Для более наглядного примера используем следующую формулу: ∫ Nn-1 dN = Nn / n
∑ Nn-1 = 1n-1 + 2n-1 + 3n-1 + .... + Nn-1 = Sn-1,
где 1, 2, 3, ... , N - натуральные числа;
n - степень, в которую возводятся натуральные числа
Sn-1 = ∑ Nn-1 - сумма ряда, составленного из членов натурального ряда в n-1 степени.
1n-1 + 2n-1 + 3n-1 + .... + Nn-1 = Sn-1
Sn-1 = (Nn / n) = Nn-1* N / n
Sn-1 / Nn-1 = N / n
При n = N →∞ Sn-1 / Nn-1 = N/N = 1
Следовательно, существует предел, к которому стремится отношение суммы числового ряда, составленного из членов натурального ряда в n-1 степени, к последнему из членов этого ряда, и этот предел стремится к единице.
На основе одного из парадоксов Галилея: "более длинный отрезок не содержит больше точек, чем более короткий", - можно доказать, что вся Вселенная сходится в одну точку, а точка становится всей Вселенной.
Возьмём треугольник ABC: основание треугольника - AC, стороны треугольника - AB и BC. Произвольно соединим стороны AB и BC отрезком DE. Вершину B соединим отрезками B1 и B2 с основанием AC.
На основании AC находятся четыре точки: A, 1, 2, C и на отрезке DE - четыре точки. Если на основании AC расположено бесчисленное множество точек, соответственно, на отрезке DE точек будет такое же количество.
На этом доказательство почему-то заканчивается. Но мы продолжим наши рассуждения.
Известно: на основании и на сторонах треугольника расположено бесчисленное количество точек, которые по определению не имеют ни длины, ни площади, ни объёма.
Однако можно смело утверждать, что стороны и основание треугольника имеют как бесчисленное количество точек, так и всего одну, в которой они сходятся.
Все точки основания AC сходятся в вершину B и становятся одной точкой B. Правда точка AC теперь будет иметь длину ac. То же самое можно сказать о других сторонах треугольника.
Кроме того, можно сказать, что все бесчисленные точки, находящиеся внутри треугольника ABC сходятся в вершине B, и таким образом, все точки треугольника ABC превращается в одну точку B, площадь которой равна площади всего треугольника.
От треугольника можно перейти к кубу, к любому другому объёмному телу.
В любом случае безразмерная точка становится или осязаемым телом или в безразмерную точку сходится всё.
Эти два примера говорят о том, что просто так утверждать, что Актуальной бесконечности не существует, - нельзя.
Таким образом, чтобы однозначно ответить на вопрос: существует ли Актуальная бесконечность или нет, - надо всего лишь подсчитать, измерить бесконечность.
Или соизмерить бесконечность с чем-то бесконечным, но известным. Найти тот предел, который ограничивает как бесконечный натуральный ряд чисел, так и все множества счётные и несчётные.
II.
Приступим к решению этой задачи.
Итак, имеем натуральный ряд чисел:
1, 2, 3, 4, .... , K, ...., L, ... , M, ..., ... N, ....
Ряд, составленный из квадратов членов натурального ряда чисел:
12, 22, 32, 42, .... , K2, ...., L2, ... , M2, ..., ... N2, ....
Ряд, составленный из кубов членов натурального ряда чисел:
13, 23, 33, 43, .... , K3, ...., L3, ... , M3, ..., ... N3, ....
Ряд, составленный из n-степени членов натурального ряда чисел:
1n, 2n, 3n, 4n, .... , Kn, ...., Ln, ... , Mn, ..., ... Nn, ....
Соответственно, сумма ряда, составленного из членов натурального ряда чисел, равна:
11 + 21 + 31 + 41 + .... + K1 + ....+ L1 + ... + M1 + ...+ N1 = S1
Соответственно, сумма ряда, составленного из квадратов членов натурального ряда чисел, равна:
12 + 22 + 32 + 42 + .... + K2 + ....+ L2 + ... + M2 + ...+ N2 = S2
Соответственно, сумма ряда, составленного из кубов членов натурального ряда чисел, равна:
13 + 23 + 33 + 43 + .... + K3 + ....+ L3 + ... + M3 + ...+ N3 = S3
Соответственно, сумма ряда, составленного из n-степени членов натурального ряда чисел, равна:
1n + 2n + 3n + 4n + .... + Kn + ....+ Ln + ... + Mn + ...+ Nn = Sn
Натуральный ряд чисел:
1, 2, 3, 4, .... , K, ...., L, ... , M, ..., ... N, N+1, N +2, ...., ∞ является счётным бесконечным множеством.
В наших дальнейших расчётах ограничимся каким-либо большим конечным числом N.
Обозначим подстрочным индексом "1" показатель степени, который имеет сумма членов натурального ряда: S1 = 11 + 21 + 31 + ... + N1;
подстрочным индексом "2" сумму квадратов членов натурального ряда:
S2 = 12 + 22 + 32 + ... + N2;
подстрочным индексом "3" сумму кубов членов натурального ряда:
S3 = 13 + 23 + 33 + ... + N3; соответственно,
подстрочным индексом "n" - сумму членов натурального ряда в "n" степени:
Sn = 1n + 2n + 3n+ ... + Nn .
Сумма членов натурального ряда равна:
S1 = N * (N + 1) / 2 = (N2 + N + 1) / 2,
в то же время, интеграл ∫ Nn dN = Nn+1 / (n +1),
и таким образом, при N →∞, при первом приближении имеем:
S1 = 11 + 21 + 31 + ... + N1 = ∑N1 = ∫ N dN = N2 / 2
S2 = 12 + 22 + 32 + ... + N2 = ∑N2 = ∫ N2 dN = N3/ 3
S3 = 13 + 23 + 33 + ... + N3 = ∑N3 = ∫ N3 dN = N4/ 4
S4 = 14 + 24 + 34 + ... + N4 = ∑N4 = ∫ N4 dN = N5/ 5
S5 = 15 + 25 + 35 + ... + N5 = ∑N5 = ∫ N5 dN = N6/ 6
S6 = 16 + 26 + 36 + ... + N6 = ∑N6 = ∫ N6 dN = N7/ 7
S7 = 17 + 27 + 37 + ... + N7 = ∑N7 = ∫ N7 dN = N8/ 8
........................................
Sn = 1n + 2n + 3n+ ... + Nn = ∫ Nn dN = Nn+1/ (n+1)
Таким образом:
S1 = 11 + 21 + 31 + ... + N1 = ∑N1 = ∫ N dN = N2 / 2
В то же время имеем:
S3 = 13 + 23 + 33 + ... + N3 = ∫ N3 dN = N4/ 4 = (N2 / 2)2 = (∫N dN)2 =
= (11 + 21 + 31 + ... + N1)2 = (S₁)².
S₃ = (S₁)².
Соответственно, ((S₁)2)2 = (S₁)4 = (N2 / 2)4 = N8 / 16 .
Но (N8/ 8) = ∫ N7 dN = ∑N7 = 17 + 27 + 37 + ... + N7 = S7,
то есть S7 = (S3)2 * 2 =(( S1)2)2 *2 = (S₁)4 * 2
Следовательно: S7 = (S₁)4 * 2.
S7 = 17 + 27 + 37 + ... + N7 = ∑N7 = ∫ N7 dN = N8/ 8
S15 = 115 + 215 + 315 + ... + N15 = ∑N15 = ∫ N15 dN = N16/ 16
(S7)2 = (∫ N7 dN )2 = (N8/ 8)2 = (N16/16) / 4 = ¼ *∫ N15 dN = ¼* S15,
S15 = 4* (S7)2 = 22* (S7)2 = 22 * ((S₁)4 * 2)2 = 22 * (S₁)8 *22 = (S₁)8 *24,
Следовательно: S15 = (S₁)8 * 24.
S31 = 131 + 231 + 331 + ... + N31 = ∑N31 = ∫ N31 dN = N32/ 32
(S15)2 = (N16/ 16)2 = (N32/32)/8 = 1/8*∫ N31 dN = 1/8* S31
S31 = 8* (S15)2 = 23* (S15)2
Следовательно: S31 = (S₁)16 * 211.
S63 = 163 + 263 + 363 + ... + N63 = ∑N63 = ∫ N63 dN = N64/ 64
(S31)2 = (N32/ 32)2 = (N64/64)/16 = 1/16*∫ N63 dN = 1/16* S63
S63 = 16* (S31)2 = 24* (S31)2
Следовательно: S63 = (S₁)32 * 226.
S127 = 1127 + 2127 + 3127 + ... + N127= ∑N127 = ∫ N127 dN = N128/ 128
(S63)2 = (∫N63 dN)2 = (N64/ 64)2 = (N128/128)/32 = 1/32*∫ N127 dN = 1/32* S127
S127 = 32* (S63)2 = 25* (S63)2 = 25 *((S₁)32 * 226)2 = * (S₁)64 * 252 *25 = (S₁)64 * 257,
Следовательно: S127 = (S₁)64 * 257,
но 257 = 264 - 7 = 264 /27 = 264 / (2*64) или 2n / 2n при n = 64;
соответственно, (2n -1) = 127, (n -1) = 63, n / 2 = 32.
S₂₅₅ = 64*(S₁₂₇)² = 2⁶ *((S₁)⁶⁴*257)2 = (S1)128 * 2120,
Следовательно: S₂₅₅ = (S1)128 * 2120.
Таким образом, получаем следующие общие формулы:
S2n-1 = (Sn-1)2 * n/2 (1)
S2n-1 = (S₁)n * 2n / 2n (2)
или S2n-1 = (S₁)n * 2n - log22n (2a)
При n = N, из формулы (2), получаем:
S2N-1 = NN * (N + 1)N* 2N / 2N* 2N = NN * (N + 1)N / 2 N =
= (N + 1)N * N2N / (2*N * NN) = ½ * N2N-1 * (1 + 1/N)N,
Но lim (1 + 1/N)N при N → ∞ равен ℮,
следовательно: S2N-1 = N2N-1 * ½*℮ (3)
или S2N-1 / N2N-1 = ½*℮ (4)
Предел отношения S2N-1 / N2N-1 при N → ∞ равен ½ ℮ или ℮ / 2.
S2N -1 = 12N -1 + 22N -1 + 32N -1 + .... + N2N -1 = ½ * ℮ * N2N-1 (5)
Предел отношения: S2N -1/ N2N-1 = (12N -1 + 22N -1 + 32N -1 + .... + N2N -1) / N2N-1 =
= 12N -1/ N2N-1 + 22N -1/ N2N-1 + 32N -1 / N2N-1 + .... + N2N -1 / N2N-1 = 1,355682752166170 ≥ 1, следовательно, при подсчёте предела отношения S2N-1 / N2N-1 можно пользоваться формулой интегрирования: ∫ N2n-1dN.
Подсчитаем конечный предел отношения сразу по формуле интегрирования:
S2n-1 = ∑N2n-1 = ∫ N2n-1dN = N2n-1+1 / 2n-1+1 = N2n /2n,
S2n-1 = N2n /2n = (N2n-1 * N)/2n,
S2n-1 / N2n-1 = N / 2n, (6)
при n = N,
S2N-1 / N2N-1 = N / 2N = ½ (7)
Таким образом, предел, к которому стремится отношение S2N-1 / N2N-1 , равен 0,5.
Но S2N -1/ N2N-1 = (12N -1 + 22N -1 + 32N -1 + .... + N2N -1) / N2N-1 всегда ≥ 1,
следовательно, при подсчёте предела отношения S2N-1 / N2N-1,
формула ∫ N2n-1dN оказывается неверной.
Разница двух пределов, посчитанных по одной и той же формуле, но разными способами составляет:
(S2N-1 / N2N-1 )(4) : ( S2N-1 / N2N-1)(6) = ½*℮ : ½ = ℮.
Какая формула правильная?
Чему равен предел отношений S2n-1 / N2n-1: ½ или ½ ℮?
Но что есть ℮?
Леонард Эйлер ввёл обозначение числа ℮. Но он не сказал, что ℮ - число, ℮ всего лишь предел, который он и назвал буквой "℮".
Второй замечательный предел математики.
℮ = (1 + 1 / n)n = 2,711365504332330
℮ = (1 + 1 / n)n = (1 + 1 / N)N = (1 + N)N / NN
Обозначим буквой E выражение (1 + 1/N)N, то есть
E = (1 + 1/N)N.
E - функция. Каждому значению числа N соответствует определённое значение E.
EN = F (N).
При N → ∞ E = ℮
В то же время, сумма конечного числа ряда, составленного из последовательных натуральных чисел, то есть арифметическая прогрессия- S1 - равна половине произведения конечного числа на следующее за ним, то есть:
S1 = N * (N + 1) / 2,
Соответственно, (S1)N = (N * (N + 1) / 2)N = NN * (N + 1)N / 2N,
тогда NN = [2S1 /(N + 1)]N или NN = [2S1 /(N + 1)]N,
то ℮ = E = (1+1/N)N *N2N / N2N = (1+N)N * NN/N2N = 2N *( S1)N /N2N,
следовательно, при N →∞: ℮ = 2N *( S1)N /N2N (8)
или ℮ = 2N/N *( S1)N /N2N-1 (8a)
или ln ℮ = N * ln 2 + N * ln S1 - 2N * ln N
N * ln 2 + N * ln S1 - 2N * ln N = 1
N * ln 2 + N * ln N + N* ln (N + 1) - N* ln 2 - 2N * ln N = 1
N * (ln (N + 1) - ln N) = 1
ln (1 + 1 / N) = 1 / N
℮1/N = (1+ 1 / N)
℮ = (1 + 1 / N)1/N
Соответственно, при S2n-1 / N2n-1 = ℮ / 2 = 2N *( S1)N /(2*N2N) =
= (2N/2N) * (S1)N / N2N-1 = S2N-1 / N2N-1 получается совершенное тождество.
Чему равно отношение S2n-1 / (S1)n, то есть предел S2n-1 / (S1)n?
Так как (S1)n = Nn * (N + 1)n / 2n = Nn * (1 + 1/N)n * Nn / 2n , то
S2n-1 / (S1)n = 2n * S2n-1 / (Nn *(1+1/N)n * Nn) = 2n * S2n-1 / (N2n-1 * N * ℮)
При N = n → ∞
S2n-1 / (S1)n = 2n * S2n-1 / (N2n-1 * N * ℮) = (2n / n) * (S2n-1 / (N2n-1 ) / ℮. (9)
S2n-1 / (S1)n = 2n / n * (S2n-1 / (N2n-1) * 1 / ℮ (9a)
При S2n-1 / N2n-1 = ℮/2,
S2n-1 / (S1)n = (2n / n) * (S2n-1 / (N2n-1 ) / ℮ = (2n / 2n)
Будем считать, что подготовительная работа закончена и приступим к непосредственным вычислениям.
Считаем, что
|S1| = 11 + 21 + 31 + ... + N1 = ∑N1
|S2| = 12 + 22 + 32 + ... + N2 = ∑N2
|S3 | = 13 + 23 + 33 + ... + N3 = ∑N3
|S4| = 14 + 24 + 34 + ... + N4 = ∑N4
........................................
|Sn| = 1n + 2n + 3n+ ... + Nn
то есть суммы рядов, полученные при непосредственном подсчёте чисел.
Соответственно,
S1 = ∫ dN = N2 / 2
S2 = ∫ N2 dN = N3/ 3
S3 = ∫ N3 dN = N4/ 4
S4 = ∫ N4 dN = N5/ 5
........................................
Sn = ∫ Nn dN = Nn+1/ (n+1)
то есть суммы рядов, полученные расчётным путём с помощью формул:
S2n-1 = (Sn-1)2 * n/2 (1)
S2n-1 = (S₁)n * 2n / 2n (2)
Из формулы (2) получается следующая формула:
S2n-1 / N2n-1 = N /2n *(1 + 1/N)n (10)
S2n-1 / N2n-1 = N /2n * E (11)
Благодаря этой формуле можно подсчитать отношение S2n-1 / N2n-1 при любом значении N от N = 0 до N = ∞.
При n = N, S2n-1 / N2n-1 = 1 /2 * E
Расчёты будем проводить табличным способом и результаты расчётов сведём в таблицы.
Таблица ?1. Отношение рассчитанных по формулам сумм числовых рядов, составленных из членов натурального ряда, возведенных в 2n - 1 степень, к суммам натурального ряда, возведённых в n степень, отношение S2n-1 / (S1)n.
? N N n = 2 n = 4 n = 8 n = 16 n = 32 n = 64
2¹ 2² 2³ 2⁴ 2⁵ 2⁶
S₃/(S₁)² S₇/(S₁)⁴ S₁₅/(S₁)⁸ S₃₁/(S₁)¹⁶ S₆₃/(S₁)³² S₁₂₇/(S₁)⁶⁴
Таблица ? 2. Отношение рассчитанных по формулам сумм числовых рядов, составленных из членов натурального ряда, возведенных в 2n - 1 , к членам натурального ряда, возведённых в 2n - 1 степень, отношение S2n-1 / N2n-1.
? N N n = 2 n = 4 n = 8 n = 16 n = 32 n = 64
2¹ 2² 2³ 2⁴ 2⁵ 2⁶
S₃/N³ S₇/N⁷ S₁₅/N¹⁵ S₃₁/N³¹ S₆₃/N⁶³ S₁₂₇/N¹²⁷
При значении N ≥ 2⁸ = 256, - вычисления заканчиваются.
При малых значениях N, то есть при небольшом количестве членов рядов расчётные значения отношений достигают огромных величин, что не соответствует реальным значениям.
Таблица ? 3. Отношение подсчитанных сумм числовых рядов, составленных из членов натурального ряда, возведенных в 2n - 1 , к членам натурального ряда, возведённых в 2n - 1 степень, отношение |S2n-1| / N2n-1.
? N N n = 2 n = 4 n = 8 n = 16 n = 32 n = 64
2¹ 2² 2³ 2⁴ 2⁵ 2⁶
|S₃|/N³ |S₇|/N⁷ |S₁₅|/N¹⁵ |S₃₁|/N³¹ |S₆₃|/N⁶³ |S₁₂₇|/N¹²⁷
Можно приблизительно, по аналогии, подсчитать значения |S2n-1 | / N2n-1 при n > 64, но эти подсчёты будут не верны.
Рассмотрим значение отношения S149 / N149 , при значениях N = 75, n = 75.
Отношение суммы числового ряда, составленного из 75 первых членов в 149 степени к числу 75149 равно: S149 / N149 = 1,155759496.
Похожее значение даёт отношение π к ℮, равное: π / ℮ = 1,1557273497909200
℮ / 2 = 1,3591409142295200
π / ℮ = 1,155727349790920
℮2 / 2π = 1,1760048029281300
Есть ли связь между π и отношением S2n-1 / N2n-1? Вопрос остаётся без ответа.
Таким образом, формулы, полученные при помощи формул математического анализа, не позволяют правильно рассчитать значения отношений S2n-1 / N2n-1, следовательно, они неверны при расчетах бесконечно больших величин.
Сравнение значений отношений S2n-1 / N2n-1, полученных по формулам и при непосредственном подсчёте, не может дать однозначный ответ о существовании актуальной бесконечности.
Выводы:
Недостаточная мощность компьютера не позволяет непосредственно подсчитать пределы отношений |S2n-1 | / N2n-1 при значениях N ≥ 2⁸ = 256.
Вычисления пределов S2n-1 / N2n-1, подсчитанных по формулам, не могут считаться точными, так как при значении N = 1, значения пределов должны быть равны 1, а не значениям 2N / 2N, то есть значениям пределов, к которым стремятся отношения S2n-1 / (S1)n.
Конечно, можно доказать, что lim |S2n-1 | / N2n-1 → S2n-1 / N2n-1и в бесконечности при n = N → ∞, пределы отношений |S2n-1| / (S1)n → S2n-1 / (S1)n.
Положительным результатом является то, что значения отношений S2n-1 / N2n-1 при увеличении значений N и n приближаются к какому-то определённому значению, следовательно, существует предел отношений S2n-1 / N2n-1, к которому приближаются значения S2n-1 / N2n-1 при увеличении значений N и n.
III.
Так как непосредственно подсчитать бесконечно большие числовые ряды не удаётся, то надо искать предел, к которому стремятся значения этих отношений.
Прежде, чем продолжим наши расчёты, рассмотрим формулы, полученные нами.
Формулы.
N + 1 = N * (1 + 1/N)
S1 = N * (N + 1) / 2 = N * N * (1 + 1/N) = N2 * (1 +1/N) / 2
2 * (S1) / N = N * (1 + 1/ N) = N + 1
N + 1 = 2 * (S1) / N
Каждое последующее число - N +1 - равно удвоенному частному от деления суммы натурального ряда на число. Отсюда связь бесконечного с конечным числом, связь бесконечности и конечного.
N = 2 * (S1) / N - 1
Само число N равняется удвоенному частному от деления суммы натурального ряда на само себя за вычетом единицы.
1 = 2 * (S1) / N - N
Единица или число 1 равно разности удвоенного частного от деления суммы натурального ряда на число и самого числа.
Раннее была получена формула ℮ = 2N *( S1)N /N2N
Из формулы ℮ = 2N *( S1)N /N2N получаем:
S1 = ½ * N2 * N√℮
N2 = 2* S1 / N√℮
N = √2 * √(S1) / ²N√℮
S1/N = ½ * N * N√℮ или N + 1 = N * N√℮
N * (N√℮ - 1) = 1
N = 1 / (N√℮ - 1)
℮ = (1 + 1/ N)N = ((1 + N) / N)N,
следовательно: ℮1/N = (1 + N) / N
или: 1 / N = ln ((1 + N) / N).
Соответственно,
1 / N = logE ((1 + N) / N))
N * ((logE (1 + N) - logE N)) = 1
N = 1 / (logE ((1 + N) / N)))
Выводы:
Если ℮ трансцендентное число, то корень N степени из трансцендентного числа - число рациональное, так как N -натуральное число.
N√℮ = (1 + 1/N)
℮1/N = (1 + 1/N)
ln (1 + 1 / N) = 1 / N
℮ = ((N +1) / N)N при N → ∞
℮ - не число, ℮ - функция, функция от N и правильно писать ℮=f(N) или ℮(N)
℮ = (1 + 1 / n)n = (1 + 1 / N)N = (1 + N)N / NN = 2,711365504332330 с точностью до 15 знака после запятой, так как шестнадцатиразрядный компьютер с большей точностью не считает.
Обозначим (1 + 1 / N)N = E.
E - всегда рациональное число, при N → ∞ значение его приближается к ℮, но оно остаётся всегда конкретным числом, в отличии от ℮.
E = (1 + 1/N)N
E1/N = (1 + 1 / N) = (1 + N) / N
logE (1 + 1 / N) = 1 / N
N = 1 / logE (1 + 1 / N)
N + 1 = N * E1/N
E = (1 + 1/N)N = 2N *( S1)N / N2N - является совершенным тождеством,
при N →∞ E = ℮
〖lim〗┬(N→∞)〖(1+1/N)^N 〗= ℮ = E.
График ? 1. Значения ℮ и Е.
Ряд 1 - значения E / 2
Ряд 2 - значения S2n-1 / N2n-1
Предел отношений S2n-1 / N2n-1 не стремиться к E / 2, он меньше E / 2,
то есть при n и N → ∞ lim S2n-1 / N2n-1 = α * E / 2, где α ≤ 1.
Соответственно, предел отношений S2n-1/ (S₁)ⁿ не стремиться к 2ⁿ / 2n, он меньше 2ⁿ / 2n,
то есть при n и N → ∞ lim S2n-1/ (S₁)ⁿ = α * 2ⁿ / 2n, где α ≤ 1.
(EN / 2) / ((S2n-1 / N²ⁿ⁻¹)) = (2ⁿ / 2n) / ((S2n-1/ (S₁)ⁿ)
При N = 80 S159 / N159 = 1,155807034519630
α = 0,8556827521661650
E / 2α = S159 / N159 = 1,155807034519630
1 / α = 1,168657422939160
1 - α = 0,1443172478338350
Обозначим разницу между E / 2 и S2n-1 / N2n-1 Δ, то есть
Δ = E / 2 - S2n-1 / N2n-1 .
Тогда E / 2 = S2n-1 / N2n-1 + (E / 2 - S2n-1 / N2n-1).
При увеличении N, значения S2n-1 / N2n-1 и Δ = E / 2 - S2n-1 / N2n-1 увеличиваются,
но увеличиваться они не могут беспредельно, так как сумма S2n-1 / N2n-1 и
Δ = E / 2 - S2n-1 / N2n-1 всегда равна E / 2 и является совершенным тождеством.
S2n-1 / N2n-1 + ( E / 2 - S2n-1 / N2n-1) = E / 2 ,
где E = (1 + 1 / N)N
Для упрощения громоздких обозначений, введём следующие обозначения:
A = S2n-1 / N2n-1
B = (E/2) / (S2n-1 / N2n-1)
a = E / 2 - S2n-1 / N2n-1 = E / 2 - A
b = E/ 2 - (E / 2) / (S2n-1 / N2n-1) = E / 2 - B
A * B = E / 2
B - A = a - b
A + a = A * B
B + b = A * B
A = √ (E / 2) * √(A / B)
Ряд 1 - значения √ (E / 2)
Ряд 2 - значения (A + B) / 2
График ? 4.
Ряд 1 - значения B
Ряд 2 - значения √ (E / 2)
Ряд 3 - значения A
Решение уравнения (A + B) / 2 = √ (E / 2)
[(A + B) / 2]2 = [√ (E / 2)]2
A2 + 2 * A * E / 2A + [E / 2A]2 = 2 * E
4 * A4 + 4 * A2 * E + E2 = 8 * A2 * E
4 * A4 - 4 * A2 * E + E2 = 0
A4 - A2 * E + ¼ * E2 = 0
A2 = E / 2
A = √ (E / 2)
В = (E / 2) / A = √ (E / 2)
A = B
Но A ≠ B
Решение не верно.
График ? 5.
Ряд 1 - значения ΔA = √ (E / 2) - A
Ряд 2 - значения ΔB = √ (E / 2) - B
Линией симметрии является функция √ (E / 2)
Решение.
ΔA = √ (E / 2) - A = - ΔB = √ (E / 2) - B
√ (E / 2) - A = - √ (E / 2) + B
2 * A2 - 4* A * √ (E / 2) + E = 0
A2 - 2* A * √ (E / 2) + ½ * E = 0
A = √ (E / 2 ? √ (E / 2 - E / 2) = √ (E / 2
A = √ (E / 2)
B = √ (E / 2)
Но A ≠ B
Решение не верно.
V.
Как найти верное решение?
Рассмотрим формулу E = (1 + 1 / N)N
E1/N = (1 + 1 / N)
1 / N = logE ((1 + N) / N))
N * ((logE (1 + N) - logE N)) = 1
N = 1 / (logE ((1 + N) / N))
При N = n → ∞ 1 / N = ln ((1 + N) / N)
Прологарифмируем значения S2n-1 / N2n-1 по основаниям ℮ и Е.
Из значений E, E / 2, S2n-1 / N2n-1, E/ 2 - S2n-1 / N2n-1, (E / 2 - S2n-1 / N2n-1) / (E / 2),
Будем считать, что ln A = 0,145244354324273000, ln B = 0,161608465115782000
Δ = ½ * ln (E / 2) - ln A = 0,008182055395754810
Δ = ½ * ln (E / 2) - ln B = 0,008182055395754810
ln B - ln A = 0,016364110791509600 = 2 * 0,008182055395754810
Решение.
ln B - ln A = 2* [½ * ln (E / 2) - ln A] = ln (E / 2) - 2 * ln A
ln B - ln A + 2 * ln A = ln (E / 2)
ln B + ln A = ln (E / 2) = ln A + ln B - совершенное тождество.
Таким образом, если разность ln B - ln A равна ln (E / 2) - 2 * ln A получается совершенное тождество.
При значениях lnA = 0,145244354324273000 и ln B = 0,161608465115782000 это условие выполняется.
A = ℮0,1452443543242730 = exp (0,1452443543242730) = 1,156322088051860
B = ℮0,1616084651157820 = exp (0,1616084651157820) = 1,175399941135230
Ряд 1 - значения logE (E / 2)
Ряд 2 - значения log2,25 1,125 = (2* logE 3 -3* logE 2) / 2 * (logE 3 - logE 2) =
=( 2* ln 3 - 3* ln 2) / ((2 * (ln 3 - ln 2)) = 0,1452443543242730
Ряд 3 - значения logE (S2n-1 / N²ⁿ⁻¹)
VII.
Таким образом, благодаря второму замечательному пределу:
℮ = lim┬(n→∞)〖(1+1/n)^n 〗, при n, N →∞ найдены пределы отношений:
lim (S2n-1 / N²ⁿ⁻¹) = 1,156322088051860
lim (E / 2) / (S2n-1 / N²ⁿ⁻¹) = 1,175399941135230
α = 0,8507742471334290
α = 1 / 1,175399941135230
lim (S2n-1 / (S₁)ⁿ = α* 2ⁿ / 2n
lim (S2n-1 / (S₁)ⁿ = 0,8507742471334290 * 2ⁿ / 2n,
А что такое 1,175399941135230?
Ни что иное, как ½ * √ 2 ^ (1 / (ln 3 - ln 2) = ½* ln 3/2 √ √ 2
α = 2 / (√ 2 ^ (1 / (ln 3 - ln 2) = 2 / ln 3/2 √ √ 2
В результате получаются очень интересные формулы и закономерности, связывающие между собой так называемые иррациональные и трансцендентные числа: √ 2, ln 3, ln 2.
Поиску этих закономерностей будут посвящены следующие работы.
Здесь же мы ограничиваемся всего лишь ответом на вопрос: есть ли актуальная бесконечность или нет.
Таким образом, сумма бесконечного ряда, составленного из членов натурального ряда, не превышает:
1 ≤ S2n-1 ≤ 1,156322088051860 N2n-1.
Следовательно, чем больше число N, тем больше сумма ряда, составленного из конечного числа членов натурального ряда.
Налицо потенциальная бесконечность.
Актуальной бесконечности не существует.
Не существует и трансфинитных чисел.
Первое и последнее трансфинитное число - сумма бесконечного натурального ряда - S1.
В бесконечности S2n-1 = 0,8507742471334290 * 2ⁿ / 2n * (S1)n
Таким образом, бесконечность нельзя сосчитать.
Но любую бесконечность можно сравнить с бесконечным натуральным рядом. Сравнить не с помощью каких-то вымышленных трансфинитных чисел, а с помощью арифметики. Законы арифметики распространяются и на бесконечность.
Георг Кантор оказался не прав.
Бесконечность - бесконечна.
Таким образом, двадцать четвёртая проблема Гильберта - решена.