В математике дзета -функция Гурвица является одной из многих дзета-функций . Формально он определяется для комплексных переменных s с Re( s ) > 1 и a ≠ 0, −1, −2, … формулой
Этот ряд абсолютно сходится при заданных значениях s и a и может быть продолжен до мероморфной функции , определенной для всех s ≠ 1 . Дзета -функция Римана равна ζ( s ,1) . Дзета-функция Гурвица названа в честь Адольфа Гурвица , который представил ее в 1882 году. [1]
Дзета-функция Гурвица, соответствующая a = 1/3 . Он генерируется как график Matplotlib с использованием версии метода раскраски домена . [2]Дзета-функция Гурвица, соответствующая a = 24/25 .Дзета-функция Гурвица как функция a с s = 3 + 4 i .
Интегральное представление
Дзета-функция Гурвица имеет интегральное представление
для и (Этот интеграл можно рассматривать как преобразование Меллина .) Формулу можно получить, грубо говоря, записав
а затем поменять местами сумму и интеграл. [3]
Интегральное представление, приведенное выше, можно преобразовать в контурное интегральное представление.
справедливо для Re( s ) > 1 и 0 < a ≤ 1. Дзета-функциональное уравнение Римана представляет собой частный случай a = 1: [7]
Формулу Гурвица можно также выразить как [8]
(для Re( s ) < 0 и 0 < a ≤ 1).
Формула Гурвица имеет множество различных доказательств. [9] Одно доказательство использует представление контурного интегрирования вместе с теоремой о вычетах . [6] [8] Второе доказательство использует тождество тэта-функции или, что то же самое, суммирование Пуассона . [10] Эти доказательства аналогичны двум доказательствам функционального уравнения для дзета-функции Римана в статье Римана 1859 года . Другое доказательство формулы Гурвица использует суммирование Эйлера – Маклорена для выражения дзета-функции Гурвица в виде интеграла.
(−1 < Re( s ) < 0 и 0 < a ≤ 1), а затем разложив числитель в ряд Фурье . [11]
Функциональное уравнение для рационального a
Когда a является рациональным числом, формула Гурвица приводит к следующему функциональному уравнению : Для целых чисел
справедливо для всех значений s . [12]
Это функциональное уравнение можно записать в другой эквивалентной форме:
.
Некоторые конечные суммы
Тесно связаны с функциональным уравнением следующие конечные суммы, некоторые из которых можно вычислить в замкнутой форме:
где m — целое положительное число, большее 2, а s — комплексное число, см., например, Приложение B в [13]
Представление серии
Представление сходящегося ряда Ньютона , определенное для (вещественного) a > 0 и любого комплекса s ≠ 1, было дано Гельмутом Хассе в 1930 году: [14]
справедливо для и z комплексного, но не целого числа. Для z = n целого числа это упрощается до
где ζ здесь – дзета-функция Римана . Обратите внимание, что эта последняя форма представляет собой функциональное уравнение для дзета-функции Римана, первоначально заданное Риманом. Различие, основанное на том, что z является целым числом или нет, объясняет тот факт, что тета-функция Якоби сходится к периодической дельта-функции или гребенке Дирака по z как .
Связь с L -функциями Дирихле.
При рациональных аргументах дзета-функция Гурвица может быть выражена как линейная комбинация L-функций Дирихле и наоборот: дзета-функция Гурвица совпадает с дзета-функцией Римана ζ( s ) при a = 1, при a = 1/2 она равна к (2 s −1)ζ( s ), [21] и если a = n / k с k > 2, ( n , k ) > 1 и 0 < n < k , то [22]
сумма, пробегающая все символы Дирихле по модулю k . В противоположном направлении имеем линейную комбинацию [21]
полезным обобщением которого является соотношение распределения [23]
(Эта последняя форма действительна, когда q — натуральное число, а 1 − qa — нет.)
Нули
Если a = 1, дзета-функция Гурвица сводится к самой дзета-функции Римана ; если a = 1/2, оно сводится к дзета-функции Римана, умноженной на простую функцию комплексного аргумента s ( см. выше ), что в каждом случае приводит к сложному изучению нулей дзета-функции Римана. В частности, не будет нулей с вещественной частью, большей или равной 1. Однако если 0< a <1 и a ≠1/2, то нули дзета-функции Гурвица в полосе 1<Re( s ) есть. <1+ε для любого положительного действительного числа ε. Это было доказано Давенпортом и Хейльбронном для рационального или трансцендентно -иррационального a , [24] и Касселсом для алгебраического иррационального a . [21] [25]
Рациональные ценности
Дзета-функция Гурвица встречается в ряде ярких тождеств при рациональных значениях. [26] В частности, значения в терминах полиномов Эйлера :
и
У одного также есть
что справедливо для . Здесь и определяются с помощью функции Лежандра хи как
и
Для целых значений ν они могут быть выражены через полиномы Эйлера. Эти соотношения можно получить, используя функциональное уравнение вместе с формулой Гурвица, приведенной выше.
^ Гурвиц, Адольф (1882). "Einige Eigenschaften der Dirichlet'schen Functionen F ( s ) знак равно ∑ ( D n ) ⋅ 1 п {\ textstyle F (s) = \ sum \ left ({\ frac {D}{n}} \ right) \ cdot { \frac {1}{n}}} , die bei der Bestimmung der Classenanzahlen binärer Quadratischer Formen auftreten". Zeitschrift für Mathematik und Physik (на немецком языке). 27 : 86–101.
^ "Программа просмотра блокнотов Jupyter" .
^ Апостол 1976, с. 251, Теорема 12.2.
^ Уиттакер и Уотсон 1927, с. 266, статья 13.13
^ Апостол 1976, с. 255, Теорема 12.4.
^ аб Апостол 1976, с. 257, Теорема 12.6.
^ Апостол 1976, с. 259, Теорема 12.7.
^ ab Whittaker & Watson 1927, стр. 268–269, раздел 13.15.
^ См. ссылки в разделе 4: Канемицу, С.; Танигава, Ю.; Цукада, Х.; Ёсимото, М. (2007). «Вклад в теорию дзета-функции Гурвица». Журнал Харди-Рамануджана . 30 :31–55. дои : 10.46298/hrj.2007.159 . Збл 1157.11036.
^ Берндт, Брюс К. (зима 1972 г.). «О дзета-функции Гурвица». Математический журнал Роки Маунтин . 2 (1): 151–158. дои : 10.1216/RMJ-1972-2-1-151 . Збл 0229.10023.
^ Апостол 1976, с. 261, Теорема 12.8.
^ Благоушин, IV (2014). «Теорема для оценки в замкнутой форме первой обобщенной константы Стилтьеса при рациональных аргументах и некоторые связанные с ней суммирования». Журнал теории чисел . Эльзевир. 148 : 537–592. arXiv : 1401.3724 . дои : 10.1016/j.jnt.2014.08.009.
^ Хассе, Гельмут (1930), "Ein Summierungsverfahren für die Riemannsche ζ-Reihe", Mathematische Zeitschrift , 32 (1): 458–464, doi : 10.1007/BF01194645, JFM 56.0894.03, S2CID 120392534
↑ Лоури, Дэвид (8 февраля 2013 г.). «Дзета Гурвица представляет собой сумму L-функций Дирихле, и наоборот». смешанная математика . Проверено 8 февраля 2013 г.
^ Давенпорт, Х. и Хейлбронн, Х. (1936), «О нулях некоторых рядов Дирихле», Журнал Лондонского математического общества , 11 (3): 181–185, doi : 10.1112/jlms/s1-11.3. 181, Збл 0014.21601
^ Касселс, JWS (1961), «Сноска к заметке Давенпорта и Хайльбронна», Журнал Лондонского математического общества , 36 (1): 177–184, doi : 10.1112/jlms/s1-36.1.177, Zbl 0097.03403
^ Дано Цвийович, Джурдье и Клиновски, Яцек (1999), «Значения хи-функций Лежандра и дзета-функций Гурвица при рациональных аргументах», Mathematics of Computation , 68 (228): 1623–1630, Бибкод : 1999MaCom..68.1623C, дои : 10.1090/S0025-5718-99-01091-1
^ Швингер, Дж. (1951), «О калибровочной инвариантности и поляризации вакуума», Physical Review , 82 (5): 664–679, Бибкод : 1951PhRv...82..664S, doi : 10.1103/PhysRev.82.664
См. главу 12 книги «Апостол», Том М. (1976), «Введение в аналитическую теорию чисел» , «Тексты для студентов по математике», Нью-Йорк-Гейдельберг: Springer-Verlag, ISBN.978-0-387-90163-3, МР 0434929, Збл 0335.10001
Давенпорт, Гарольд (1967). Мультипликативная теория чисел . Лекции по высшей математике. Том. 1. Чикаго: Маркхэм. Збл 0159.06303.
Миллер, Джефф; Адамчик, Виктор С. (1998). «Производные дзета-функции Гурвица для рациональных аргументов». Журнал вычислительной и прикладной математики . 100 (2): 201–206. дои : 10.1016/S0377-0427(98)00193-9 .
Мезё, Иштван; Дил, Айхан (2010). «Гипергармонический ряд с участием дзета-функции Гурвица». Журнал теории чисел . 130 (2): 360–369. дои : 10.1016/j.jnt.2009.08.005. HDL : 2437/90539 .