当n=1000时,γ≈0.;
当n=时,γ≈0.;
当n=时,γ≈0.……
数字越来越精确,越来越接近祖父手稿上的那串数字。林深的心跳,也越来越快。
他发现,随着n的增大,渐近展开式中的余项,对γ的影响越来越小。\frac{1}{2n}项,在n=1000时,贡献了0.0005;在n=时,贡献了0.00005;在n=时,贡献了0.000005……它们像退潮的海水,一点点地褪去,露出了γ的真身。
林深把这些数据整理成表格,画成曲线。曲线在坐标系中,先是快速上升,然后逐渐平缓,最后趋向于一条水平的直线——那条直线,就是γ的精确值。
“原来如此。”林深喃喃自语,“余项是调和级数的尾巴,也是γ的面纱。”
他的研究,渐渐有了眉目。但他知道,这还远远不够。他要证明γ是无理数,或者超越数。这才是研究γ的核心问题,也是无数数学家梦寐以求的目标。
林深开始查阅关于无理数证明的文献。他看到,证明一个常数是无理数,通常有两种方法:一种是构造一个无穷级数,证明这个级数的和是该常数,然后通过级数的性质,证明该常数无法表示为两个整数的比值;另一种是利用连分数展开,证明该常数的连分数展开是无限不循环的。
林深尝试用第一种方法。他从调和级数的渐近展开式出发,试图构造一个关于γ的无穷级数,然后分析这个级数的性质。但他很快就遇到了瓶颈——γ的渐近展开式,是一个以\frac{1}{n}为变量的幂级数,这个级数的收敛速度很慢,而且很难分析其性质。
他又尝试第二种方法,连分数展开。他编写了一个程序,计算γ的连分数展开式。程序运行了很久,屏幕上跳出了一长串数字:
γ=[0;1,1,2,1,2,1,4,3,13,5,1,1,8,1,2,4,1,1,40,...]
林深看着这串数字,眉头紧锁。这个连分数展开式,没有明显的规律,既不是周期的,也不是有规律的循环。这说明,γ很可能是无理数,但这只是一个猜测,不是证明。
证明一个常数是无理数,需要严格的数学推导,不是靠猜测就能解决的。
林深感到一阵挫败。他坐在电脑前,看着屏幕上的连分数展开式,心里像堵了一块石头。他想起祖父的手稿,想起那个小小的问号,想起老教授的话:“这个常数,是数学世界里的一个谜。”
难道,这个谜,真的无解吗?
他站起身,走到窗边,看着楼下的梧桐树。树叶已经落光了,只剩下光秃秃的枝桠,在寒风中摇晃。林深的心情,像这深秋的天气一样,灰蒙蒙的。
他拿出手机,想给导师打个电话,倾诉一下自己的烦恼。但他犹豫了一下,又把手机放回了口袋。他知道,研究数学,靠的是耐心和毅力,不是靠抱怨。
他回到书桌前,重新翻开那些文献。他决定换个思路,从数论的角度入手。γ在数论中,有很多重要的应用,比如在素数定理的证明中,γ就扮演了重要的角色。也许,从素数定理出发,能找到证明γ是无理数的线索。
林深开始研究素数定理。素数定理说的是,小于n的素数的个数π(n),近似等于\fra}{\ln n}。这个定理的证明,用到了调和级数和γ。林深看着素数定理的推导过程,眼睛忽然亮了起来。
他发现,素数定理的余项,和γ的渐近展开式,有着惊人的相似之处。
素数定理的余项是o(\fra}{\ln^2 n}),而γ的渐近展开式的余项是o(\frac{1}{n})。这两个余项,都是趋向于0的,但它们的收敛速度不同。
林深的脑海里,闪过一个念头:如果能把素数定理的余项,和γ的渐近展开式的余项联系起来,是不是就能找到γ的性质?
他立刻拿起笔,在笔记本上写写画画。他把素数定理的表达式代入调和级数的渐近展开式,试图找到两者之间的关系。笔尖在纸上划过,发出沙沙的声音,公式像一条条链条,在纸页上串联起来。
时间一点点过去,窗外的天色越来越暗。林深的笔,越写越快,他的眼睛里,闪烁着兴奋的光芒。他发现,素数定理的余项和γ的渐近展开式的余项,确实存在着某种内在的联系。这种联系,就像一条看不见的线,把素数和γ,把数论和分析学,紧紧地联系在了一起。
当他放下笔的时候,窗外已经是繁星满天。林深看着笔记本上的公式,长长地舒了一口气。他知道,自己找到了一条新的路。这条路,也许很漫长,也许很崎岖,但至少,他不再是在黑暗中摸索。
他拿起手机,给导师发了一条短信:“李教授,我好像找到了一点线索,关于γ和素数定理的联系。”
很快,导师回复了:“很好,慢慢来,不要急。数学的