相対性理論を学びたい人のために

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数学を悟ってみて(その7)

 現在2020年11月30日9時44分である。(この投稿は、ほぼ2199文字)

私「今日は、通院である。京野さんに、病院で、守られた状態で、麻友さんと会えないかと、提案してみようと思う」

麻友「私が、太郎さんを好きでなければ、そんなこと、実現しないわよ」

若菜「まだそんなこと、言ってる。それより、昨日の、整級数の収束半径」


麻友「えーと、


{\displaystyle \cos{z}=\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{(2n)!} z^{2n}}

の収束半径は、係数

{\displaystyle \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{(2n)!} w^{n}}

の収束半径として求められる。これは、

{\displaystyle a_n= \frac{(-1)^n}{(2n)!}} と置くと、

{\displaystyle \lim_{n \rightarrow \infty} \biggl| \frac{a_n}{a_{n+1}} \biggr| }

で、求まる。だから、

{\displaystyle \lim_{n \rightarrow \infty} \biggl| \frac{a_n}{a_{n+1}} \biggr| = }

{\displaystyle \lim_{n \rightarrow \infty} \frac{\Biggl|}{\Biggl|} \frac{\displaystyle \frac{(-1)^n}{2n!}}{\displaystyle \frac{(-1)^{n+1}}{(2n+2)!}} \frac{\Biggr|}{\Biggr|} =\displaystyle \lim_{{n \rightarrow \infty}}|(2n+2)(2n+1)|=\infty}

より、収束半径は、無限大。つまり、複素数 {z} がなんでも、収束する。つまり、複素数 {z}が何でも、三角関数 {\cos z} は、値が定まる』


と、太郎さんは、書いてる。

 係数を、

{\displaystyle a_n} と置くと、収束半径は、

{\displaystyle \lim_{n \rightarrow \infty} \biggl| \frac{a_n}{a_{n+1}} \biggr| }

と、求まる。というわけね。これは、どこから、持って来たのかしら?」

私「なんだ。私のノートを、見ているのか。それは、『解析入門Ⅰ』の定理 Ⅲ.2.2 だよ」

麻友「これで、必ず、収束半径が、求まるの?」

私「必ずとは、限らない。必ず求まるのは、コーシー・アダマールの定理というものだ」

麻友「なぜ、それを使わないの?」

私「私が、まだ証明を読んでないから」

麻友「はーっ、それで、コサインと同様、サインの収束半径も、無限大なのね」

私「そう」

若菜「そうすると、まだ微分は、良く分かっていませんが、

{(\cos{z})’=-\sin{z},(\sin{z})’=\cos{z}}

ということが、定義、

{\displaystyle \cos{z}=\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{(2n)!} z^{2n}=1-\frac{1}{2!} z^2+\frac{1}{4!} z^4-\frac{1}{6!} z^6 \cdots }

{\displaystyle =1-\frac{1}{2} z^2+\frac{1}{24} z^4-\frac{1}{720} z^6 \cdots}

{\displaystyle \sin{z}=\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{(2n+1)!} z^{2n+1}=\frac{1}{1!} z -\frac{1}{3!} z^3 + \frac{1}{5!} z^5 \cdots }

{\displaystyle = z -\frac{1}{6} z^3 + \frac{1}{120} z^5 -\frac{1}{5040} z^7 \cdots}

から、分かりますね。肩の数字が、下りてくるのですから」

私「分かっているな」

結弦「さらに、{\cos{0}=1,\sin{0}=0} だね。{z=0} として」

私「そうだ。{\cos{z},\sin{z}} の整級数の係数は、すべて実数だから、

{(x \in \mathbb{R}) \Rightarrow (\cos{x},\sin{x} \in \mathbb{R})}

だな」

麻友「太郎さん。病院行かなきゃ」

私「中途半端だが、ここで投稿するよ」

若菜・結弦「行ってらっしゃーい」

麻友「気を付けてね」

私「バイバイ」

 現在2020年11月30日10時54分である。おしまい。