使用 LaTeX 3 计算有限级数之和

Question

是否有可能计算有限级数的值，比如，

使用 LaTeX 3？

Answer 1

是的，你可以，而且相当容易。

\documentclass{article}
\usepackage{xparse}

\ExplSyntaxOn
\NewDocumentCommand{\computesum}{mmm}
 {% pass control to an internal function
  \svend_compute_sum:nnn { #1 } { #2 } { #3 }
 }

% a variable for storing the partial sums
\fp_new:N \l_svend_partial_sum_fp

\cs_new_protected:Npn \svend_compute_sum:nnn #1 #2 #3
 {
  % clear the variable
  \fp_zero:N \l_svend_partial_sum_fp
  % for k from #1 to #2 ...
  \int_step_inline:nnnn { #1 } { 1 } { #2 }
   {
    % ... add the current value to the partial sum so far
    \fp_add:Nn \l_svend_partial_sum_fp { #3 }
   }
  % deliver the value
  \fp_use:N \l_svend_partial_sum_fp
 }
\ExplSyntaxOff

\begin{document}
$\computesum{0}{0}{#1^2}$\par
$\computesum{0}{1}{#1^2}$\par
$\computesum{0}{2}{#1^2}$\par
$\computesum{0}{3}{#1^2}$\par
$\computesum{0}{4}{#1^2}$\par
$\computesum{0}{5}{#1^2}$\par
$\computesum{0}{6}{#1^2}$\par
$\computesum{0}{7}{#1^2}$\par
$\computesum{0}{8}{#1^2}$\par
\end{document}

请注意，第三个参数#1代表求和索引。

在示例中，作为#1^2传递给；由于参数在 内部使用，其中代表当前索引，因此奇迹发生了。#3\svend_compute_sum:nnn\int_step_inline:nnnn#1;-)

参数应为浮点表达式的合法代码。因此，除非您自己定义阶乘，否则无法计算阶乘。

如果您的加数始终是整数，则可以将全部更改fp为int。

如果你也加载siunitx并将内部函数更改为

\cs_new_protected:Npn \svend_compute_sum:nnn #1 #2 #3
 {
  \fp_zero:N \l_svend_partial_sum_fp
  \int_step_inline:nnnn { #1 } { 1 } { #2 }
   {
    \fp_add:Nn \l_svend_partial_sum_fp { #3 }
   }
  \num { \fp_use:N \l_svend_partial_sum_fp }
 }

然后

$\computesum{0}{300}{#1^2}$

将打印类似

Answer 2

您可以加载xintexpr为此，并LaTeX3休息一下。

\documentclass[12pt]{article}
\usepackage[hscale=0.75]{geometry}
\usepackage{xintexpr}
\usepackage{siunitx}
\usepackage{shortvrb}

\begin{document}

$$\sum_{i=1}^{300} i^2=\num{\xinttheexpr add(i^2, i=1..300)\relax }$$

% For some reason, this doesn't go through:
% \num{\xintthefloatexpr [14] add(1/i^2,i=1..50)\relax}
% one needs to first expand the \num argument:
% \expandafter\num\expandafter
%     {\romannumeral-`0\xintthefloatexpr [14] add(1/i^2,i=1..50)\relax}
%

The float version does each addition with 16 digits floats, hence the last
digit may be a bit off.

$$\sum_{i=1}^{50} \frac1{i^2}=
  \xintFrac{\xinttheexpr reduce(add(1/i^2,i=1..50))\relax}
  \approx  \xintthefloatexpr add(1/i^2,i=1..50)\relax$$

If one has anyhow computed an exact value, it is better to deduce the
float from it rather than evaluating the sum as a sum of floats.

\noindent\verb|\oodef\MySum {\xinttheexpr reduce(-add((-1)^i/i^2,i=1..50))\relax }|

\oodef\MySum {\xinttheexpr reduce(-add((-1)^i/i^2,i=1..50))\relax }

$$\sum_{i=1}^{50} \frac{(-1)^{i-1}}{i^2}=
\xintFrac{\MySum}$$
\verb|$$\xintDigits:=48; \approx\xintthefloatexpr \MySum\relax$$|
$$\xintDigits:=48; \approx\xintthefloatexpr \MySum\relax$$

\end{document}