Teleskopprodukt
Zusammenschieben eines Teleskops – Namensgeber des Teleskopprodukts
Ein zusammenschiebbares Teleskop
Ein Teleskopprodukt ist in der Mathematik ein endliches Produkt von Quotienten , bei dem sich je zwei benachbarte Faktoren (außer dem ersten und dem letzten) gegenseitig aufheben. Diesen Vorgang nennt man Teleskopieren eines Produkts . Der Begriff ist abgeleitet vom Ineinanderschieben zweier oder mehrerer zylindrischer Rohre .
Falls
(
a
k
)
k
∈
N
{\displaystyle (a_{k})_{k\in \mathbb {N} }}
eine Folge ist, so ist
∏
i
=
1
n
a
i
+
1
a
i
{\displaystyle \prod _{i=1}^{n}{\frac {a_{i+1}}{a_{i}}}}
ein Teleskopprodukt. Kann man ein Produkt in dieser Form schreiben, vereinfacht sich seine Auswertung:
∏
i
=
1
n
a
i
+
1
a
i
=
a
2
a
1
⋅
a
3
a
2
⋅
a
4
a
3
⋯
a
n
a
n
−
1
⋅
a
n
+
1
a
n
=
a
n
+
1
a
1
.
{\displaystyle \prod _{i=1}^{n}{\frac {a_{i+1}}{a_{i}}}={\frac {a_{2}}{a_{1}}}\cdot {\frac {a_{3}}{a_{2}}}\cdot {\frac {a_{4}}{a_{3}}}\cdots {\frac {a_{n}}{a_{n-1}}}\cdot {\frac {a_{n+1}}{a_{n}}}={\frac {a_{n+1}}{a_{1}}}.}
Analoges gilt für Summen in Exponenten, da sich Teleskopprodukte oft durch Logarithmieren auf Teleskopsummen zurückführen lassen:
∏
i
=
1
n
a
i
+
1
a
i
=
exp
(
∑
i
=
1
n
ln
a
i
+
1
−
ln
a
i
)
.
{\displaystyle \prod _{i=1}^{n}{\frac {a_{i+1}}{a_{i}}}=\exp \left(\sum _{i=1}^{n}\ln a_{i+1}-\ln a_{i}\right).}
Beispiele
einfaches Teleskopprodukt:
∏
k
=
1
n
k
+
1
k
=
2
1
⋅
3
2
⋅
4
3
⋯
n
+
1
n
=
n
+
1.
{\displaystyle \prod _{k=1}^{n}{\frac {k+1}{k}}={\frac {2}{1}}\cdot {\frac {3}{2}}\cdot {\frac {4}{3}}\cdots {\frac {n+1}{n}}=n+1.}
Produkt mit Partialbruchstruktur:
Aus der Zerlegung
k
k
+
1
=
k
+
1
−
1
k
+
1
=
1
−
1
k
+
1
{\displaystyle {\frac {k}{k+1}}={\frac {k+1-1}{k+1}}=1-{\frac {1}{k+1}}}
folgt kein direktes Teleskopprodukt, aber durch Umformung erhält man
∏
k
=
1
n
k
k
+
1
=
1
n
+
1
.
{\displaystyle \prod _{k=1}^{n}{\frac {k}{k+1}}={\frac {1}{n+1}}.}
Verbindung zu Fakultäten:
∏
k
=
1
n
k
+
1
k
=
(
n
+
1
)
!
/
1
!
n
!
/
0
!
=
n
+
1.
{\displaystyle \prod _{k=1}^{n}{\frac {k+1}{k}}={\frac {(n+1)!/1!}{n!/0!}}=n+1.}
unendliches Teleskopprodukt:
∏
k
=
1
∞
k
k
+
1
=
0
,
{\displaystyle \prod _{k=1}^{\infty }{\frac {k}{k+1}}=0,}
da
a
k
=
k
{\displaystyle a_{k}=k}
gegen unendlich divergiert und die Partielle Produkte gegen 0 konvergieren.
Literatur
Rolf Walter: Einführung in die Analysis. Band 1. Walter de Gruyter, Berlin u. a. 2007, ISBN 978-3-11-019539-2 , S. 31–32.
Harro Heuser: Lehrbuch der Analysis. Band 1. 6. Auflage. Teubner, Stuttgart u. a. 1989, S. 91, 94, 194.