透過 MCP 連接 →

輸入計算

數學公式

廣告

結果

調和數 H(n)
2.928968
k 從 1 到 n 的 1/k 總和
項數(n) 10
調和數 2.928968254

什麼是調和數?

第 n 個調和數記作 \(H(n)\),定義為前 n 個正整數倒數的總和:$$H(n) = 1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \cdots + \frac{1}{n}.$$它是著名「調和級數」的部分和,也是數學中最重要的緩慢發散級數之一。雖然每多加一項,數值就越來越小,但只要 n 不斷增大,總和也會無上限地持續成長——只是速度非常慢,大致與 n 的自然對數同步增加。

層疊的單位分數相加得到調和數
調和數是單位分數 1、1/2、1/3、…… 直到 \(1/n\) 的總和。

如何使用這個計算機

輸入一個正整數 n(也就是項數),計算機就會把 k 從 1 累加到 n 的 \(1/k\) 加總起來,得到 \(H(n)\) 的精確小數值。你也可以拿它和近似公式 \(H(n) \approx \ln(n) + \gamma\) 做比較,其中 \(\gamma \approx 0.5772\) 是歐拉–馬斯刻若尼常數(Euler–Mascheroni constant);當 n 越大時,這個估計值就越準確。

公式說明

調和數的定義公式為 $$H(n) = \sum_{k=1}^{n} \frac{1}{k}.$$由於它沒有簡單的封閉形式(closed form),因此只能逐項相加求值。舉例來說:$$H(4) = 1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \frac{1}{4} = 1 + 0.5 + 0.333\ldots + 0.25 = 2.08333\ldots$$

以曲線 1/x 近似的調和級數面積
調和和等於曲線 \(y = 1/x\) 下方單位寬度矩形的總面積。

實例演算

當 n = 5 時:$$H(5) = 1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \frac{1}{4} + \frac{1}{5} = 1 + 0.5 + 0.333333 + 0.25 + 0.2 = 2.283333.$$計算機會直接回傳這個結果。

常見問題

調和級數會收斂嗎?不會。無窮調和級數是發散的,所以隨著 n 增大,\(H(n)\) 會持續成長,只是速度極為緩慢。

H(1) 等於多少?\(H(1) = 1\),因為這個總和只有一項,也就是 \(1/1\)。

為什麼叫做「調和」數?這個名稱源自音樂:振動弦的各個泛音波長,分別是基音波長的 1、1/2、1/3、1/4……,正好對應這些倒數。

最後更新: