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/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / sci / math / 17486 < prev    next >
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Text File  |  1992-12-29  |  3.7 KB  |  88 lines

  1. Newsgroups: sci.math
  2. Path: sparky!uunet!stanford.edu!CSD-NewsHost.Stanford.EDU!Sunburn.Stanford.EDU!pratt
  3. From: pratt@Sunburn.Stanford.EDU (Vaughan R. Pratt)
  4. Subject: Re: need proof:  (1 + 1/n)^n ==> e
  5. Message-ID: <1992Dec29.215744.10696@CSD-NewsHost.Stanford.EDU>
  6. Sender: news@CSD-NewsHost.Stanford.EDU
  7. Organization: Computer Science Department,  Stanford University.
  8. References: <1glr2qINN2vg@usenet.INS.CWRU.Edu> <1hfv4sINNdlk@usenet.INS.CWRU.Edu> <1992Dec29.094842.3685@CSD-NewsHost.Stanford.EDU>
  9. Date: Tue, 29 Dec 1992 21:57:44 GMT
  10. Lines: 76
  11.  
  12. In article <1992Dec29.094842.3685@CSD-NewsHost.Stanford.EDU> pratt@Sunburn.Stanford.EDU (Vaughan R. Pratt) writes:
  13. >In article <1hfv4sINNdlk@usenet.INS.CWRU.Edu> somos@ces.cwru.edu (Michael Somos) writes:
  14. >>The tone of the question suggests that a very elementary proof of
  15. >>the limit (1+1/n)^n is requested. [...]
  16. >>
  17. >>[Very interesting method here]
  18. >>
  19. >[equally elementary "establishment" proof]
  20.  
  21. I spent some time thinking about the relationship between Michael
  22. Somos' proof and the more conventional proof I gave.  First let me make
  23. the following change to my
  24.  
  25. >Proposition.  If 1 < M < N are powers of 2 then
  26. >
  27. >    (1+1/M)^M < (1+1/N)^N < e < (1+1/N+1/N^2)^N < (1+1/M+1/M^2)^M
  28.  
  29. The corresponding part of Michael's proof reads:
  30.  
  31. >>if x < y , then  -x < -y  and P(x) < P(y) < 1/P(-y) < 1/P(-x)
  32.  
  33. Michael's upper bound is simpler and easier to work with than my
  34. 1+1/N+1/N^2, which should be extended out to 1+1/N+1/N^2+1/N^3+... = 1/(1-1/N)
  35. to give:
  36.  
  37.          1 M          1 N                1 -N          1 -M
  38.     (1 + -)   <  (1 + -)   <  e  <  (1 - -)    <  (1 - -) 
  39.          M            N                  N             M
  40.  
  41. (This is better and hence more likely to be a standard argument than
  42. what I had before.)  The last inequality can now be proved as easily as
  43. the first:
  44.  
  45.         1         2     1           1   2
  46.     1 - -  <  1 - -- + ---  = ( 1 - -- )    etc., valid even for N=1
  47.         N         2N   N^2          2N
  48.  
  49. and making for a closer parallel to Michael's proof.
  50.  
  51.                       2 -N    1/N
  52. The pointwise ratio now becomes (1-1/N )   < B   , where B is the limit
  53. of the upper sequence, so that part of my argument doesn't change
  54. appreciably, other than to simplify slightly.
  55.  
  56. The absence of the term B^{1/N} from Michael's argument has me worried:
  57. maybe I'm just missing something but it seems to me his argument that
  58. S(-x^2) approaches 0 was a bit quick and if spelled out should involve
  59. something akin to the B^{1/N} argument.
  60.  
  61. The sentence
  62.  
  63. >>Finally, consider the sequence of lists  [1] , [1/2,1/2] , ... ,
  64. >>[1/n,1/n,...,1/n] , ... 
  65.  
  66. is ambiguous: is the third list meant to be [1/3,1/3,1/3] or
  67. [1/4,1/4,1/4,1/4]?  The preceding paragraph says "All we need now is to
  68. show that an increasing sequence of lists ...  will converge to a
  69. limit," suggesting the latter, since [1/2,1/2] < [1/3,1/3,1/3] does not
  70. hold (the larger list has to be obtainable from the smaller by
  71. splitting elements).  In that case Michael's proof establishes
  72. convergence of (1+1/N)^N just for N restricted to powers of 2, as with
  73. mine.  Extending the proof to show convergence of (1+1/n)^n for all n>0
  74. seems to entail the same complications required to so extend my proof.
  75.  
  76. With these changes and remarks I think the relationship between the two
  77. proofs can be characterized by saying that the latter is what one
  78. obtains by tuning all arguments in Michael's proof to the case of
  79. constant unit-sum lists of length a power of 2, i.e. [1/N,...,1/N]
  80. where N, a power of 2, is the length of the list.
  81.  
  82. This raises the question of whether there are other applications of
  83. these interesting partially ordered lists besides those involving just
  84. constant unit-sum lists.  Hopefully so, since they seem to form a nice
  85. structure, and one that is certainly new to me.
  86. -- 
  87. Vaughan Pratt                There's safety in certain numbers.
  88.