为了不失一般性, 我们加大难度, 考虑
![]()
若对任意正整数 n 方程 ![]()
都有解,则 x 一定是超越数.
这个论断被称为 Liouville 定理, 这种数被称为 Liouville 数.
对于实数 x, 定义集合 ![]()
记函数 ![]()
为 x 的无理度量.
根据定义易知:
- 如果 x 是个有理数, 那么
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- 如果 x 是个代数数, 那么
![]()
, 当然这样的数代数扩张得大于 1.
- 如果 x 是个超越数, 那么
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接下来我们再次考虑级数
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我们知道![]()
显然不是有理数. 令 ![]()
.
于是下列不等式只对有限的互质数对 ![]()
成立:
![]()
对于正整数 n, 令 ![]()
, 于是有 ![]()
.
![]()
注意到 ![]()
时有不等式 ![]()
成立.
于是就有:
![]()
与此同时, 对于充分大的 n 和 m, 我们有 ![]()
.
可以推出:
![]()
也就是说, 正的常数 c 只取决于 k 而非 n, 因为 ![]()
随 n 增大而趋近于 ![]()
.
因此, 对于所有充分大的 ![]()
, 我们有:
![]()
如若 ![]()
, 我们取 ![]()
就能得到:
![]()
由于 ![]()
, 我们有 ![]()
, 于是:
![]()
反之, 如果 ![]()
, 对于 ![]()
原不等式对于无限多的互质数对 ![]()
成立.
那么就存在这样的有理数列 ![]()
使得 ![]()
且 ![]()
.
于是:
![]()
正的常数 C 只取决于 k.
因此对于 ![]()
我们有:
![]()
另一方面 ![]()
时, 我们有:
![]()
![]()
我们可以得出结论,序列 ![]()
发散.
因为原序列包含两个子序列,一个趋近于正的常数,另一个却趋近于零.
综上所述, 对于任意正实数 u 和 v, 有:
![]()
- 进而
![]()
时, ![]()
的序列和收敛到 0.
- 而当
![]()
时, ![]()
的序列和发散.
- 如若
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, 读者自证不难.
当前最好的上界由 Salikhov 在 2008 年证明, 我们有:
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借此我们就能判定很多这种形式的级数的敛散性.
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