n=12, ak=bk=1/k!: C12≈7.3890546이고 A12B12≈7.3890561 — 두 수열이 함께 e2로 올라가며, c12=212/12!≈8.55×10−6이다.증명 보기
부분합 AN,BN,CN을 쓰자. CN=∑n=0N∑k=0nakbn−k에서 m=n−k로 치환하면 각 항이 akbm (k+m≤N)인 유한합이 되므로, 합산 순서를 바꿔 CN=∑k=0Nak(∑m=0N−kbm)=∑k=0NakBN−k를 얻는다. 유한합이므로 이 재배열은 합법적이다.
나머지 RM=B−BM→0을 두면 BN−k=B−RN−k이므로 CN=ANB−∑k=0NakRN−k이고, 따라서 CN−AB=(AN−A)B−∑k=0NakRN−k이다. AN→A이므로 첫 항은 0으로 간다.
둘째 항을 제어한다. 절대수렴이므로 α=∑k=0∞∣ak∣<∞이다. ε>0가 주어지면 m>M일 때 ∣Rm∣<ε인 M을 잡는다. 합을 k≤N−M−1과 k≥N−M으로 나누면, 앞부분은 ∣RN−k∣<ε이므로 ∑k=0N−M−1akRN−k≤εα이다.
뒷부분은 항이 M+1개뿐이다: ∑k=N−MNakRN−k≤(max0≤m≤M∣Rm∣)⋅maxN−M≤k≤N∣ak∣인데, 절대수렴하는 급수의 항은 0으로 가므로 ak→0이고, 이 최댓값은 N→∞일 때 0으로 간다. 따라서 limsupN→∞∑k=0NakRN−k≤εα이고, ε이 임의이므로 이 합은 0으로 간다.
두 항 모두 0으로 가므로 CN−AB→0, 즉 ∑cn=AB이다. 핵심은 εα 단계였다: 꼬리 ∑akRN−k를 절대수렴 급수 ∑∣ak∣로 눌렀기 때문에 RN−k가 균일하게 작아진다 — 조건수렴인 b 쪽만으로는 이 제어가 안 된다 (문제 3의 반례).
지수급수 ∑k=0∞1/k!=e를 자기 자신과 코시 곱하면 e2이 됨을 보이세요: cn=∑k=0nk!(n−k)!1=n!2n임을 이항정리로 증명하고, ∑cn=e2임을 메르텐스 정리로 정당화하세요.
cn=k=0∑nk!(n−k)!1=n!1k=0∑n(kn)=n!2n
n=0∑∞cn=n=0∑∞n!2n=e2
n=10: c10=210/10!≈2.82×10−4, C10≈7.3889947, A10B10≈7.3890560 — 코시 곱 부분합과 부분합의 곱이 함께 e2에 접근한다.증명 보기