Владимир Дьяконов - Maple 9.5/10 в математике, физике и образовании

> sum(i/(i+1),i=0..n);

> sum(k*binomial(n,k),k=0..n);

Некоторые из таких сумм выражаются через специальные математические функции.

Многие суммы бесконечных рядов сходятся к определенным численным или символьным значениям, и система Maple способна их вычислять. Это поясняют следующие примеры (файл sum):

> restart;

> sum(-exp(-k), k);

> sum(k*a^k,k);

> sum(1/k!,k=0..infinity);

> Sum(1/i^2, i=1..infinity) = sum(1/i^2, i=1..infinity);

> Sum(1/n!, n=1..infinity) = sum(1/n!, n=1..infinity);

> evalf(%);

> Sum(1/i^2, i)=sum(1/i^2, i);

Могут встречаться множественные суммы по типу «сумма в сумме». Ограничимся приведением примера двойной суммы, имеющей аналитическое значение (файл sum):

> Sum(Sum(k^2, k = 1..m), m = 1..N); factor(simplify(value(%)));

При конкретном значении N такую сумму нетрудно вычислить подстановкой:

> subs(N = 100, %);

Как видно из приведенных примеров, средства вычисления сумм последовательностей Maple 9.5/10 позволяют получать как численные, так и аналитические значения сумм, в том числе представляемые специальными математическими функциями.

Возможности вычисления специальных сумм существенно расширяются при использовании инструментального пакета вычисления специальных сумм sumtools. При его вызове выводится список функций пакета:

> with(sumtools);

Назначение функций данного пакета перечислено ниже:

hypersum(U, L, z, n) и Hypersum(U, L, z, n) — вычисление гиперсумм;

sumtohyper(f, k) и Sumtohyper(f, k) — преобразование сумм в гиперсуммы;

extended_gosper(f, k), extended_gosper(f, k=m..n) и extended_gosper(f, k, j) — реализация расширенного алгоритма Госпера;

gosper(f, k) и gosper(f, k=m..n) — реализация алгоритма Госпера;

hyperrecursion(U, L, z, s(n)) — реализация гиперрекурсионного алгоритма;

hyperterm(U, L, z, k) и Hyperterm(U, L, z, k) — ввод гипергеометрического терма.

Приведем примеры на вычисление специальных сумм с помощью функций пакета sumtools (файл sumtools):

> extended_gosper(k*(k/2)!, k);

> extended_gosper(k*(k/2)!,k,2);

> extendedgosper(k*(k/2)!,k=1..n);

> gosper(k*(k/2)!,k);

> gosper(pochhammer(k,n),k);

> hyperrecursion([-n,a],[b],1,f(n));

> Hypersum([a,1+a/2,b,c,d,1+2*a-b-c-d+n, -n],

[a/2,1+a-b,1+a-c,1+a-d,1+a-(1+2*a-b-c-d+n),1+a+n],1,n);

> simpcomb(binomial(n,k));

> sumrecursion(binomial(n,k)^3,k, f(n));

> hyperterm([a,b], [c],z,k);

Из этих примеров применение функций данного пакета достаточно очевидно.

Аналогичным образом для произведений членов f(i) некоторой последовательности, например вида

используются следующие функции:

product(f, k);

product(f, k=m..n);

product(f, k=alpha);

Product(f, k);

Product(f, k=m..n);

Product(f, k=alpha).

Обозначения параметров этих функций и их назначение соответствуют приведенным для функций вычисления сумм. Это относится, в частности, и к применению одиночных кавычек для f и k.

Примеры применения функций вычисления произведений даны ниже (файл product):

> restart;

> Product(k^2,k=1..5)=product(k^2, k=1..5);

> Product(k^2, k)=product(k^2,k)

> product(а[k],k=1..5);

> f:= [1, 2, 3, 4, 5];

> product(f[k],k=1..4);

> product(n+k,k=1..4);

> Product(n+k,k=1..m)=product(n+k,k=1..m);

> product(k,k=RootOf(x^3-9));

Как и в случае вычисления сумм, вычисление произведений возможно как в численной, так и в аналитической форме — разумеется, если таковая существует. Это показывают следующий пример:

> Product(2/i,i=1..infinity)=product(2/i,i=1..infinity);

Нетрудно понять, что при i, стремящемся к бесконечности, перемножаемые члены последовательности стремятся к нулю, а потому к нулю стремится и их произведение.

Если f(x ) непрерывная функция аргумента х , то производная этой функции

(4.1)

Как известно, значение производной геометрически характеризуется наклоном касательной к графику f(х) в точке x=0. Простейший способ наблюдать построение касательной к заданной точке функции заключается в применении функции showtangent из пакета student. Например, команды