解法:欧拉利用正弦函数乘积公式给出的证明(1734–1735)
通俗地说
设想把 加上 、、……一直加下去:各项迅速变小,总和会稳定在一个确定的数上,但将近一个世纪都没人能说出这个数是多少。欧拉的诀窍是从完全不同的方向——通过三角函数 ——悄悄逼近这同一个数,并通过比较同一个对象的两种不同描述来读出它的值。
详细分析
巴塞尔问题要求给出 的封闭形式,该问题由 Pietro Mengoli 于1644年提出,伯努利家族和莱布尼茨都曾尝试而未成功。收敛性从来不是疑问——级数被 控制,到欧拉的时代人们已知道约六位正确小数——但精确表达式抵制了所有方法。
欧拉的策略,在作为典据的 Dunham 的叙述(第3章)中逐步重现:对同一个函数 得到两种不同的代数描述——它的麦克劳林级数(第2步)和由其零点构造的无穷乘积(第3步)。两个展开式齐备之后,逐项比较系数就把关于 零点的纯粹几何信息转化为关于 的算术信息。
选择 是创造性的一笔:它是零点构成一个显式、等距、双向无穷族 的最简单整函数,恰好是构造一个 系数为平方倒数级数的乘积所需要的那种数据。
- 这个特定无穷级数的标准简写:黎曼 zeta 函数 在 处的取值。
- 封闭形式
- 由有限个熟悉的常数和运算构成的表达式,例如 ,与尚未求出结果的无穷过程相对。