问题

这张算数入门图(一只兔子加一只兔子)里的题在算什么?

回答
这幅图呀,说白了就是关于“加法”这门学问的开端。它用了一个特别直观的方式,来告诉你“加法”到底是什么意思,以及它是怎么运作的。

咱们来拆解一下,看图里有什么:

首先,最显眼的是那只毛茸茸的兔子,它孤零零地站在那里。这只兔子,你可以把它看作是一个“数量”的代表,也就是“一”。在算数里,我们用数字来表示数量,所以这只兔子就代表了数字“1”。

然后,画面里又出现了一只一模一样的兔子,它也孤零零地站在那里。同样地,这只兔子也代表了“一”,也就是另一个数字“1”。

接着,你会看到一个显眼的“+”号,就夹在两只兔子中间。这个“+”号,就是加法的符号,它告诉我们接下来要做的事情——“合并”、“放在一起”、“数一数总共有多少”。

最后,在“+”号的右边,你会看到一个小小的等号“=”,然后是一个空白的地方。这个等号就表示“等于”,它告诉我们前面两个数量合并之后,总共是多少。而后面的空白地方,就是要我们填上答案的地方。

所以,这幅图真正想告诉你的事情,就是这样一个过程:

1. 我们有两个东西,每个东西的数量都是“一”。 图里就是两只兔子,每只算一只。
2. 我们要把这两个东西“加起来”。 这里的“加”不是简单的放在一起,而是要把它们合并成一个整体,然后数一数合并之后有多少。
3. 数一数总共有多少。 当你把这两只兔子放在一起数的时候,你会发现,哦,一共有两只了。
4. 把结果填到等号后面。 所以,在这个例子里,答案就是“二”。

这幅图就像一个特别温柔的老师,用最简单易懂的方式,把加法的概念植入到我们心里。它不是直接给你一个冰冷的“1 + 1 = 2”,而是让你通过看到具体的、可爱的兔子,去理解“一”和“一”合在一起,就变成了“二”这个事实。

说白了,这幅图就在教你“数的合并”和“数量的增长”。当你把一个数量和另一个数量放在一起时,总的数量会怎么变化。这正是加法最核心的意义所在。对于刚开始接触算数的小朋友来说,这种具象化的教学方式,比任何抽象的数字符号都来得更容易理解和接受。它用最生活化的场景,开启了他们对数字世界的好奇和探索。

网友意见

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@Kushim Jiang 给出了图中第一个公式的证明,下面证明第二个公式(即连续形式的Stirling公式)

由图可知, 所以

而根据离散形式的Stirling公式,有:

其中 为某待定常数, 为周期延拓的一阶伯努利多项式。现在再根据Gamma函数的极限定义[1],得:

求对数,便有:

对于红色部分,利用(1)可得:

对于蓝色部分,带入欧拉-麦克劳林公式(Euler-Maclaurin formula),得:

红减蓝,得:

回代至(2),得(定义 ):

令 便有:

对于绿色积分,我们很容易得出:

带入回去我们便得到了连续形式的Stirling公式:

确定常数A

尽管现在我们已经完成了原图内容上所有公式的推导,我们仍然对A感到好奇。为什么不顺便把它搞出来呢?

根据Gamma函数的Legendre倍元公式(Legendre's duplication formula)[2],有:

求对数,便得:

利用(3),可得:

回代至(4),便有:

现在根据 ,我们便能通过计算极限 来得到A的值:

带入回(3),我们就得到Stirling公式的最终版本:

倘若对(4)求指数,则得Stirling近似公式(Stirling's approximation)

参考

  1. ^Gamma函数的那些事儿(1)——定义 - 知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/114041258
  2. ^勒让德倍元公式如何证明? - 知乎 https://www.zhihu.com/question/403116146/answer/1300619113
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注意到 ,考虑化成 Euler–Maclaurin 求和公式的形式。

对任意闭区间 连续开区间 可导的函数 而言,

注意到图中的

考虑取 ,从而取 。于是 (1) 式特化为

由于 ,。

另外,注意到 ,从而整个公式段的 函数解析式唯一。考虑到等号左边一直是 的形式,应该在讨论 Stirling 公式之类的事情吧。

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