home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / sci / math / 17335 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-12-22  |  2.8 KB

  1. Path: sparky!uunet!zaphod.mps.ohio-state.edu!rpi!batcomputer!cornell!uw-beaver!cs.ubc.ca!unixg.ubc.ca!unixg.ubc.ca!israel
  2. From: israel@unixg.ubc.ca (Robert B. Israel)
  3. Newsgroups: sci.math
  4. Subject: Re: Sums of reciprocals
  5. Date: 22 Dec 92 21:32:35 GMT
  6. Organization: The University of British Columbia
  7. Lines: 53
  8. Distribution: sci
  9. Message-ID: <israel.725059955@unixg.ubc.ca>
  10. References: <ARA.92Dec21193839@camelot.ai.mit.edu>
  11. NNTP-Posting-Host: unixg.ubc.ca
  12.  
  13. In <ARA.92Dec21193839@camelot.ai.mit.edu> ara@zurich.ai.mit.edu (Allan Adler) writes:
  14.  
  15.  
  16. >Let f(n)=1/n for every positive integer n. Let x be a positive
  17. >real number. Let g(n,x) be defined as follows:
  18.  
  19. >(1) g(n,x) is a strictly increasing sequence of positive integers, possibly
  20. >     a terminating sequence.
  21. >(2) for all n, g(n,x) is the smallest integer consistent with (1)
  22. >    such that the sum of the reciprocals of g(k,x) for k=1,...,n
  23. >    does not exceed x.
  24.  
  25. >I have been told that if x is rational then this leads to a way of writing
  26. >x as a finite sum of reciprocals of distinct positive integers. Let the number
  27. >of terms in this sum be N=N(x). I have been told that N is also the number of
  28. >terms in a minimal representation of x as a sum of reciprocals of positive
  29. >integers allowing repetitions.
  30.  
  31. >Is this true and if so how or where is it proved?
  32.  
  33. >Allan Adler
  34. >ara@altdorf.ai.mit.edu
  35.  
  36. It does lead to a finite representation.  To save typing, I'll write g(n,x)
  37. as g(n) and 1/g(n) as h(n).  Let r(n) = x - sum_{i=1}^n h(n).  Thus
  38. r(0) = x, and r(n+1) = r(n) - h(n+1).  Moreover, 
  39.         g(n+1) = max(g(n)+1,ceil(1/r(n)))
  40. (where ceil(y) = least integer >=y).  I claim that for sufficiently large
  41. n we have g(n+1) > g(n)+1.  For suppose g(n) > 2 and g(n+1) = g(n)+1.  Then
  42. r(n-1) = r(n+1) + h(n) + h(n+1) >= 1/g(n) + 1/(g(n)+1) > 1/(g(n)-1).
  43. The only reason why g(n)-1 was not chosen instead of g(n) is that
  44. g(n)-1 = g(n-1).  Thus if g(n+1) = g(n), we must have g(k) = g(k-1) + 1
  45. whenever k <= n and g(k) > 2.  Thus x >= sum_{k=2}^n 1/k.  By the 
  46. divergence of the harmonic series, this can't happen for large n.
  47.  
  48. Now suppose n is large enough that g(n+1) > g(n) + 1.  Let r(n) = p/q
  49. with p and q positive integers.  For some integers k and r,
  50. 0 <= r < p, q = kp + r.  If r = 0, the representation ends with 
  51. g(n+1) = k.  Otherwise, 1/(k+1) < r(n) < 1/k so g(n+1) = k+1.  Then
  52. r(n+1) = p/(kp+r) - 1/(k+1) = (p-r)/((kp+r)(k+1)).  But this has
  53. a smaller numerator than does r(n).  Therefore after at most p 
  54. further terms, the representation must terminate.
  55.  
  56.  
  57. It is not true, on the other hand, that N is minimal.  For example,
  58. take x = 1/4 + 1/5, a sum of two reciprocals.  The representation
  59. using g(n,x) is 1/3 + 1/9 + 1/180.
  60.  
  61. -- 
  62. Robert Israel                            israel@math.ubc.ca
  63. Department of Mathematics             or israel@unixg.ubc.ca
  64. University of British Columbia
  65. Vancouver, BC, Canada V6T 1Y4
  66.