是否可以消除内部总和以进行数值评估?

计算科学 量子力学
2021-12-01 21:49:22

关于如何简化以下双倍总和以至少在数字上找到总和的任何提示?

n=21n(n21)k=1(k1/n)2n2(k+1/n)2n+2

系列来自量子力学(二阶微扰理论)。

1个回答

从数值上看,总和并不容易:它表现为 所以它是线性收敛的。大多数可以预期表现良好的数值方法仅适用于交替或快速收敛的总和。有了一个线性收敛的总和,如果你能猜出余数的样子,你才能真正到达任何地方。在您的情况下,其余部分表现为,因此它非常常规,并且首先尝试使用 Richardson、Shanks 和 Levin 方法。

n2,k11n(n21)e4/k(k2n2)2,
k3n2

我在python的mpmath(sage的一部分)中尝试了它,我得到了 使用 levin 方法,使用以下代码:

0.00920 70258 69569 42996 92855 67863 59226 7417752180 49145 07649 14972 00277 81544 60503 0493873843 97518 00620 22842 37461 13380 72993 0026171196 37097 25227 29413 59023 59030 36624 5164360770 76310 65123 95919 68631 77487 86050 33349

nsum((lambda n, k: (k-1/n)**(2*n-2)/((k+1/n)**(2*n+2)*n*(n*n-1))), [2,inf], [1,inf], method='levin', verbose=True)

编辑在 Mathematica 中,这似乎有效,但没有给出几乎一样多的数字,只有大约六个(四个正确):

NSum[1/(n (n^2 - 1))*(k - 1/n)^(2 n - 2)/(k + 1/n)^(2 n + 2), {k, 1, \[Infinity]}, {n, 2, \[Infinity]}, Method -> "WynnEpsilon"]

我自己使用的参考资料:数字食谱书,http ://dlmf.nist.gov/3.9 (最清晰、最短的解释),方法的原始论文(参见 DLMF 链接中的参考资料)。此外,只是一般的数学考虑:加速方法对序列的渐近行为做出了很多假设,因此这些假设需要是正确的。