كانت طرق حساب المجموع الأعداد الصحيحة الموجبة الأولى n, مجموع التربيعات والتكعيبات للأعداد الصحيحة الموجبة n الأولى- كانت قد عرفت, ولكن لم تكن هنالك "صيغا" حقيقية، ولكن كانت تعطى أوصاف فقط في كلمات.
من بين عباقرة الرياضيات المميزين والذين انتبهوا لهذه المسألة كان: فيثاغورث(c. 572–497 قبل الميلاد, يوناني)، أرشيمدس (287–212 ق.م, إيطاليا), اريابهاتا (476 ق.م., الهند), الكرخي (1019م, البصرة) والحسن بن الهيثم (965م, في البصرة -. 1039,م في القاهرة).
لم يحرز الرياضيون تقدما ملحوظا إلا في أواخر القرن السادس عشر وأوائل السابع عشر. في الغرب لعب كل من توماس هاريوت (1560–1621) من انكلترا, جوهان فاولابر (1580–1635) من ألمانيا, بيير دي فيرما (1601–1665) وزميله الرياضي الفرنسي بليز باسكال (1623–1662) دورا هاما في هذا التطور.
بدا أن توماس هاريوت كان أول من اشتق وكتب صيغ مجموع القوى باستخدام العلامة الرمزية، ولكنه أيضا وصل إلى مجموع القوى الرابعة. أعطى جوهان فاولابر صيغا لمجموع القوى حتى القوة السبعة عشر في كتابه Academia Algebrae, عام 1631, أعلى بكثير من ذي قبل, ولكنه لم يعط صيغة عامة.
كان الرياضي السويسري جاكوب بيرنولي (1654–1705)أول من لاحظ وجود تسلسل مفرد من الثوابت B0, B1, B2, ... والتي تعطي صيغة منتظمة لجميع مجاميع القوى (Knuth 1993). قبلها بعام كانت قد اكتشفت طريقة مماثلة لحساب مجاميع القوى بواسطة سيكي كاوا في اليابان.[١] بالرغم منذلك, لم يقدم سيكي كاوا طريقته كصيغة عامة مبنية على تسلسل من الثوابت.
المتعة التي صادفها حينما دق على النموذج الذي أراده لحساب معاملات صيغته بسسرعة وسهولة لمجموع القوى حتى cلأي عدد صحيح موجب c يمكن ملاحطتها من تعليقه. لقد كتب:
“بفضل هذا الجدول, استغرق الوقت أقل من نصف ربع الساعة لأجد أن القوى العاشرة للـ1000 عدد الأولى مضافة مع بعضها سوف تنتج المجموع:
91,409,924,241,424,243,424,241,924,242,500.”
تعد صيغة بيرنولي لمجاميع القوى أعظم صيغة مفيدة يمكن تعميمها حتى اليوم. يطلق على معاملات بيرنولي اليوم بأعداد بيرنولي, بناء على اقتراح. أبراهام دي موافر.
تمثل دائما كثيرات حدود في n من الدرجة m + 1. لاحظ أن Sm(0) = 0 لكل m ≥ 0 لأنه في هذه الحالة يكون المجموع مجموع خالي. تكون معاملات كثيرات الحود هذه ذات صلة بأرقام بيرنولي بعلاقة صيغة بيرنولي:
لتكن n ≥ 0. بجعل m مساوية لـ 0 وB0 = 1 تعطي أعداد طبيعية 0, 1, 2, 3, ….
بجعل m مساوية لـ 1 وB1 = 1/2 يعطي أعداد مثلثية 0, 1, 3, 6, … (تعاقب.
مع أن صيغة بيرنولي تعكس صراحة ما كتبه بيرنولي إلا أن بعض المؤلفين يعاملون صيغة بيرنولي بطريقة أخرى لا أنها متوافقة مع تعبير بيرنولي ولا أن لها ميزة واضحة مقارنة بالتعبير. فهم يكتبون:
لتجنب التناقض مع الصيغة أعلاه، كان على هؤلاء المؤلفين أن يضعوا B1 = −1/2. في القسم التالي سوف يتم التعليق على عواقب الفروق الناتجة سيما أن من المحتمل أن ينجم عنها بعض اللبس.
يطلق عادة على صيغة بيرنولي صيغة فاولابر تقدير لجون فاولابر الذي أوجد أيضا طرقا جديرة بالاهتمام لحساب مجاميع القوى.
لقد تم إيجاد العديد من أوصاف أعداد بيرنولي في الـ300 عام الماضية، وكل منها أمكن استعماله لتقديم هذه الأعداد. فيما يلي سيتم ذكر أربعة من أهم هذه التصورات:
لسؤ الحظ يعطى التعريف في الأدب على وجهين مختلفين: بالرغم من الحقيقة أن بيرنولي قد عرف B1 = 1/2, some يضع المؤلفون B1 = −1/2 (كثيرا منها في اصطلاحات مختلفة بالأسفل). لتجنب الخطر والالتباس سيتم شرح كلا الاختلافين هنا، خطوة بخطوة.
تعريف المعاودة
تعطى معادلة المعاودة بشكلها الأفضل في صورة أكثر تعميما نوعا ما
تعرف هذه المعادلة الأعداد النسبية Bm(n) لجميع الأعداد الصحيحة n ≥ 0, m ≥ 0. 00 التي يجب تفسيرها على أنها 1. يكون للتكرار أساسه في B0(n) = 1 لكل n. يأتي الاختلافان الآن بوضع n = 0 على الترتيب n = 1. إضافة لذلك يتم تبسيط الترميز بحذف المرجع للمتغير n.
n = 0
n = 1
التعبير هنا [m = 0] يحمل القيمة 1 إذا كان m = 0 و0 عدا ذلك (حاصرة آيفرسون أو { كبيرة). عند حدوث لبس بين التعريفين يمكن تجنبه بالإشارة للتعريف الأعم وبتقديم المتغير المحذوف: بكتابة Bm(0) في الحالة الأولى وBm(1) في الثانية سوف يشير للقيمة السابقة دول التباس.
التعريف الصريح
مرة أخرى، بدءً بصغية أكثر عمومية نوعاً ما
تقودنا الخيارات n = 0 وn = 1 إلى
n = 0
n = 1
هناك معلومات خاطئة منشترة على نحو واسع تفيد بأنه لاتوجد صيغ بسيطة مغلقة لأعداد بيرنولي. المعادلتان الأخيرتان تبينان أن هذا الأمر غير صحيح. وأكثر من ذلك، كانت قد نشرت في 1893 Louis Saalschütz إجمالي 38 صيغة صريحة لأعداد بيرنولي (Saalschütz 1893),
دالة التوليد
تعطى الصيغة العامة لدالة التوليد بالصورة:
تقود الخيارات n = 0 وn = 1 إلى
n = 0
n = 1
وصف الخوارزمية
بالرغم من إمكانية استعمال الصيغة التكرارية السابقة للحساب فإنها تستعمل بشكل رئيس لتأسيس اتصال مع مجاميع القوى نظراً لأنها مكلفة حسابياً. مع ذلك، إن كل من الخوارزميات البسيطة والعالية النهاية متوفرة لحساب أعداد بيرنولي. الطريقة البسيطة تعطى في الخوارزم العام التالي في مربع النص 'خوارزم أكياما تانيغاوا' والمؤشرات لخوارزميات النهاية العليا معطاة في القسم التالي.
حساب أعداد برنولي بكفاءة
من المفيد في بعض التطبيقات القدرة على حساب أعداد بيرنوليB0 حتى Bp − 3 متبقيا p, حيث p هو عدد أولي; فمثلاً لفحص ما إذا كان تخمين فانديفير صحيحاً، أو حتى للتحقق من أن pعدد أولي شاذ. ليس مناسباً أن نقوم بحساب كهذا باستعمال الصيغة التكرارية السابقة، لأنه على الأقل (ثابت من مضاعفات) p2 سيتطلب عمليات حسابية. لحسن الحظ فقد طورت طرق أسرع (Buhler et al. 2001) والتي تتطلب O(p (log p)2) عملية فقط (انظر علامة أو الكبرى).
يصف ديفيد هاري (Harvey 2008) خوارزمية لحساب أعداد بيرنولي عن طريق حساب Bn متبقياً p لأعداد أولية صغيرة عديدة p، ومن ثم يعيد إنشاء Bn عن طريق نظرية المتبقي الصينية. كتب هارفي بأن المقاربمعقدة زمنياً لهذا الخوارزم هي O(n2 log(n) 2+eps) ويصرح بأن هذه الرؤية أسرع بشكل ملحوظ من الرؤى المعتمدة على الطرق الأخرى. طريقة هاري هي مضمنة في سايج منذ الإصدار 3.1. باستخدام هذه الرؤية قام هارفي بحساب Bn لقيم n = 108 وهي رقم قياسي جديد (أكتوبر 2008). قبل بيرنارد كيلنر (Kellner 2002) حسب Bn لأعلى دقة لقيم n = 106 في ديسمبر 2002 وOleksandr Pavlyk (Pavlyk 2008) لقيم n = 107 بواسطة 'ماثماتيكا' في أبريل 2008.
الحاسب
السنة
n
المراتب*
J. Bernoulli
~1689
10
1
L. Euler
1748
30
8
J.C. Adams
1878
62
36
D.E. Knuth, T.J. Buckholtz
1967
360
478
G. Fee, S. Plouffe
1996
10000
27677
G. Fee, S. Plouffe
1996
100000
376755
B.C. Kellner
2002
1000000
4767529
O. Pavlyk
2008
10000000
57675260
D. Harvey
2008
100000000
676752569
تاريخ حساب أعداد بيرنولي
المراتب ينبغي فهمها على أنها قوى 10 عندما تكتب B(n) كعدد حقيقي في العلامة العلمية الموحدة.
وجهات نظر واصطلاحات مختلفة
يمكن النظر في أعداد بيرنولي من وجهات أربعة مختلفة:
تقودنا كل وجهة نظر مما سبق إلى مجموعة أخرى من الاصطلاحات.
أعداد بيرنولي ككائنات قائمة بذاتها.
تعاقب مصاحب: 1/6, −1/30, 1/42, −1/30,...
هذه هي وجهة نظر جاكوب بيرنولي (انظر مقتطفات من كتابه . (Ars Conjectandi، الطبعة الأولى، 1713). تفهم أعداد بيرنولي على أنها أعداد تكرارية بطبيعتها، تم ابتكارها لحل مشكلة رياضياتية معينة ألا وهي مجموع القوى، أو التطبيق البارادياغماتي - paradigmatic application لأعداد بيرنولي. هناك لبس في القول بأن وجهة النظر هذه 'archaic'. يستخدم هذه العبارة مثلاً جين بير سير في كتابه دورة في الحساب وهو كتاب معتمد في العديد من الجامعات اليوم.
أعداد بيرنولي ككائنات توافقياتية.
تعاقب مصاحب: 1, +1/2, 1/6, 0,....
تركز هذه النظرة على العلاقة بين أعداد ستيرلنغ وأعداد برنولي وتظهر بطبيعة الحال في التفاضل والتكامل للفوارق المحدودة.
وبشكل متعاقب Bn = n! σn(1) for n ≥ 0.
أعداد برنولي كقيم لكثيرات حدود متعاقبة.
المقصود هنا هو كثيرات حدود برنولي والتي سبق الحديث عنها.
يمكن تعريف أعداد برنولي بطريقتين مختلفتين: Bn = Bn(0). تعاقب مصاحب: 1, −1/2, 1/6, 0,.... Bn = Bn(1). تعاقب مصاحب: 1, +1/2, 1/6, 0,....
يختلف التعريفان فقط في إشارة B1. الخيار Bn = Bn(0) هو الاصطلاح الذي تم اعتماده في كتاب الدوال الرياضيايتية - Handbook of Mathematical Functions.
أعداد بيرنولي كقيم من دالة ريمان زيتا.
التعاقب المصاحب: 1, +1/2, 1/6, 0,....
ملف:BernoulliNumbersByZetaLowRes.pngأعداد برنولي كما تصفها دالة ريمان زيتا.
يتوافق هذا الاصطلاح مع الاصطلاح Bn = Bn(1) (مثلاً J. Neukirch وM. Kaneko). الإشارة '+' for B1 متلائمة مع تمثيلات أعداد بيرنولي من دالة ريمان زيتا.
رجاء وسع هذة المقالة. المزيد من المعلومات قد تكون موجودة في صفحة النقاش أو في طلبات التوسيع. رجاء أزل هذه الرسالة عندما تتوسع المقالة. وسم هذا القالب منذ: يونيو_2010
رجاء وسع هذة المقالة. المزيد من المعلومات قد تكون موجودة في صفحة النقاش أو في طلبات التوسيع. رجاء أزل هذه الرسالة عندما تتوسع المقالة. وسم هذا القالب منذ: يونيو_2010
رجاء وسع هذة المقالة. المزيد من المعلومات قد تكون موجودة في صفحة النقاش أو في طلبات التوسيع. رجاء أزل هذه الرسالة عندما تتوسع المقالة. وسم هذا القالب منذ: يونيو_2010
رجاء وسع هذة المقالة. المزيد من المعلومات قد تكون موجودة في صفحة النقاش أو في طلبات التوسيع. رجاء أزل هذه الرسالة عندما تتوسع المقالة. وسم هذا القالب منذ: يونيو_2010
رجاء وسع هذة المقالة. المزيد من المعلومات قد تكون موجودة في صفحة النقاش أو في طلبات التوسيع. رجاء أزل هذه الرسالة عندما تتوسع المقالة. وسم هذا القالب منذ: يونيو_2010
رجاء وسع هذة المقالة. المزيد من المعلومات قد تكون موجودة في صفحة النقاش أو في طلبات التوسيع. رجاء أزل هذه الرسالة عندما تتوسع المقالة. وسم هذا القالب منذ: يونيو_2010
رجاء وسع هذة المقالة. المزيد من المعلومات قد تكون موجودة في صفحة النقاش أو في طلبات التوسيع. رجاء أزل هذه الرسالة عندما تتوسع المقالة. وسم هذا القالب منذ: يونيو_2010
رجاء وسع هذة المقالة. المزيد من المعلومات قد تكون موجودة في صفحة النقاش أو في طلبات التوسيع. رجاء أزل هذه الرسالة عندما تتوسع المقالة. وسم هذا القالب منذ: يونيو_2010
رجاء وسع هذة المقالة. المزيد من المعلومات قد تكون موجودة في صفحة النقاش أو في طلبات التوسيع. رجاء أزل هذه الرسالة عندما تتوسع المقالة. وسم هذا القالب منذ: يونيو_2010
Abramowitz, M.; Stegun, C. A. (1972), "§23.1: Bernoulli and Euler Polynomials and the Euler-Maclaurin Formula", Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables (9th printing ed.), New York: Dover, pp. 804–806.
André, D. (1879), "Développements de sec x et tan x.", Comptes Rendus Acad. Sci.88: 965–967.
André, D. (1881), "Mémoire sur les permutations alternées", J. Math.7: 167–184.
Arlettaz, D. (1998), "Die Bernoulli-Zahlen: eine Beziehung zwischen Topologie und Gruppentheorie", Math. Semesterber45: 61–75, doi:10.1007/s005910050037.
Arnold, V. I. (1991), "Bernoulli-Euler updown numbers associated with function singularities, their combinatorics and arithmetics", Duke Math. J.63: 537–555.
Ayoub, A. (1981), "Euler and the Zeta Function", Amer. Math. Monthly74: 1067–1086.
Buhler, J.; Crandall, R.; Ernvall, R.; Metsankyla, T. (2001), "Irregular Primes and Cyclotomic Invariants to 12 Million", Journal of Symbolic Computation31 (1–2): 89–96, doi:10.1006/jsco.1999.1011.
Carlitz, L. (1968), "Bernoulli Numbers.", Fib. Quart.6: 71–85.
Clausen, Thomas (1840), "Lehrsatz aus einer Abhandlung über die Bernoullischen Zahlen", Astr. Nachr.17: 351–352.
Conway, John; Guy (1996), The Book of Numbers, Springer-Verlag.
Dumont, D.; Viennot, G. (1980), "A combinatorial interpretation of Seidel generation of Genocchi numbers", Ann. Discrete Math.6: 77–87, doi:10.1016/S0167-5060(08)70696-4.
Knuth, D. E.; Buckholtz, T. J. (1967), "Computation of Tangent, Euler, and Bernoulli Numbers", Mathematics of Computation21: 663–688, doi:10.2307/2005010.
Kummer, E. E. (1850), "Allgemeiner Beweis des Fermat'schen Satzes, dass die Gleichung xλ + yλ = zλ durch ganze Zahlen unlösbar ist, für alle diejenigen Potenz-Exponenten λ, welche ungerade Primzahlen sind und in den Zählern der ersten (λ-3)/2 Bernoulli'schen Zahlen als Factoren nicht vorkommen", J. Reine Angew. Math.40: 131-138 DIGIZ.
Kummer, E. E. (1851), "Über eine allgemeine Eigenschaft der rationalen Entwicklungscoefficienten einer bestimmten Gattung analytischer Functionen", J. Reine Angew. Math.41: 368-372 DIGIZ.
Menabrea, L. F., "Sketch of the Analytic Engine invented by Charles Babbage, with notes upon the Memoir by the Translator Ada Augusta, Countess of Lovelace." Bibliothèque Universelle de Genève, October 1842, No. 82. http://www.fourmilab.ch/babbage/sketch.html
Milnor, John W.; Stasheff, James D. (1974), "Appendix B: Bernoulli Numbers", Characteristic Classes, Annals of Mathematics Studies, 76, Princeton University Press and University of Tokyo Press, pp. 281–287.
Seidel, L. (1877), "Über eine einfache Entstehungsweise der Bernoullischen Zahlen und einiger verwandten Reihen", Sitzungsber. Münch. Akad.4: 157–187.
Selin, Helaine (1997), Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Western Cultures, Springer, pp. 819, ISBN0792340663.
Slavutskii, Ilya Sh. (1995), "Staudt and arithmetical properties of Bernoulli numbers", Historia Scientiarum2: 69–74.
von Staudt, K. G. Ch. (1840), "Beweis eines Lehrsatzes, die Bernoullischen Zahlen betreffend", Journal für die reine und angewandte Mathematik21: 372–374.
von Staudt, K. G. Ch. (1845), "De numeris Bernoullianis, commentationem alteram", Erlangen.