數值計算的可靠性(二)
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已知 a0 = 1 - 1/e, an = 1 - nan-1 (n > 0),我們有:
a0 = -(1/e - 1)
a1 = +(1/e - 0)
a2 = -(2/e - 1)
a3 = +(6/e - 2)
a4 = -(24/e - 9)
a5 = -(120/e - 44)
a6 = -(720/e - 265)
顯然
an = (-1)n+1(n!/e - bn)
利用 1,0,1,2,9,44,265 在 OEIS 上搜尋,得到 OEIS A000166,因此:
an = (-1)n+1(n!/e - !n)
其中:
因此:
而最後一行的表示式收斂極快,於是我們可以用以下 C 語言程式來計算 a999:
#include <stdio.h>
#include <math.h>
double a(int n)
{
double v = 0, t = 1;
for (n++; t != 0; n++) t /= n, v += t, t = -t;
return v;
}
int main(void)
{
double v = 1 - 1 / M_E;
for (int i = 1; i <= 1000; v = 1 - i++ * v)
if (i < 5 || (i > 15 && i < 23) || i > 998)
printf("a(%3d): %.12lf %16.12lf\n", i-1, a(i-1), v);
}
執行結果:
a( 0): 0.632120558829 0.632120558829
a( 1): 0.367879441171 0.367879441171
a( 2): 0.264241117657 0.264241117657
a( 3): 0.207276647029 0.207276647029
a( 15): 0.059017540879 0.059033793642
a( 16): 0.055719345931 0.055459301730
a( 17): 0.052771119169 0.057191870597
a( 18): 0.050119854958 -0.029453670752
a( 19): 0.047722755796 1.559619744279
a( 20): 0.045544884076 -30.192394885584
a( 21): 0.043557434408 635.040292597259
a(998): 0.001000000999 -inf
a(999): 0.000999001995 inf
參考資料
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