调和级数是一个发散的无穷级数,其通项定义为:
\[ H_n = \sum_{k=1}^{n} \frac{1}{k} \]
其中,\( H_n \) 表示前 \( n \) 项的和。调和级数之所以称为“调和”,是因为它的每一项是前一项和后一项的调和平均数,即:
\[ H_n = \frac{2}{1 + H_{n-1}} \]
其中,\( H_1 = 1 \)。
调和级数发散,意味着当 \( n \) 趋于无穷大时,\( H_n \) 没有极限。尽管调和级数本身发散,但它的部分和增长极慢,并且存在一个特殊的和,即拉马努金和,它收敛于欧拉常数 \( \gamma \),大约等于 \( 0.5772156649 \)。
调和级数在数学分析中是一个重要的例子,它展示了某些无穷级数即使发散,也可能存在特殊的和。此外,调和级数还与 p 级数有密切的关系,当 \( p > 1 \) 时,p 级数是收敛的,而当 \( p = 1 \) 时,即调和级数,是发散的