دالة زيتا المتعددة

في الرياضيات ، تُعد دوال زيتا المتعددة تعميمات لدالة زيتا لريمان ، المعرفة بواسطة

ζ(s1،...،sك)=ن1>ن2>>نك>0 1ن1s1نكsك=ن1>ن2>>نك>0 أنا=1ك1نأناsأنا،\begin{frac{1}{n1^{s1}}\cdots n_k^{s_k}}} \begin{frac{1}{n1^{s1}}\cdots n_k^{s_k}}}} \begin{frac{1}{n_i^{s_k}}}} \begin{frac{1}{n_i^{s_i ...

وتتقارب عندما يكون Re( s1 ) + ... + Re ( si ) > i لجميع قيم i . ومثل دالة زيتا لريمان، يمكن تمديد دوال زيتا المتعددة تحليليًا لتكون دوالًا ميرومورفية (انظر، على سبيل المثال، Zhao (1999)). عندما تكون s1 ، ...، sk جميعها أعدادًا صحيحة موجبة (مع s1 > 1) ، تُسمى هذه المجاميع غالبًا قيم زيتا المتعددة (MZVs) أو مجاميع أويلر . ويمكن أيضًا اعتبار هذه القيم قيمًا خاصة للوغاريتمات المتعددة. [ 1 ] [ 2 ]         

يُطلق على k في التعريف أعلاه اسم "عمق" MZV، ويُعرف n = s 1 + ... + s k باسم "الوزن". [ 3 ]      

تتمثل الطريقة المختصرة القياسية لكتابة دوال زيتا المتعددة في وضع سلاسل متكررة من الوسيط بين قوسين معقوفين واستخدام رمز مرتفع للإشارة إلى عدد مرات التكرار. على سبيل المثال،

ζ(2،1،2،1،3)=ζ({2،1}2،3).{\displaystyle \zeta (2,1,2,1,3)=\zeta (\{2,1\}^{2},3).}

تعريف

تنشأ دوال زيتا المتعددة كحالات خاصة من اللوغاريتمات المتعددة

لأناs1،...،sد(μ1،...،μد)=ك1>>كد>0μ1ك1μدكدك1s1كدsد{\displaystyle \mathrm {Li} _{s_{1},\ldots ,s_{d}}(\mu _{1},\ldots ,\mu _{d})=\sum \limits _{k_{1}>\cdots >k_{d}>0}{\frac {\mu _{1}^{k_{1}}\cdots \mu _{d}^{k_{d}}}{k_{1}^{s_{1}}\cdots k_{d}^{s_{d}}}}}

وهي تعميمات لدوال اللوغاريتم المتعدد . عندما تكون جميعμأنا{\displaystyle \mu _{i}}هي الجذور النونية للوحدة وsأنا{\displaystyle s_{i}}إذا كانت جميعها أعدادًا صحيحة غير سالبة، فإن قيم اللوغاريتم المتعدد المتعدد تسمى قيم زيتا المتعددة الملونة من المستوىن{\displaystyle n}وخاصة عندمان=2{\displaystyle n=2}تُسمى هذه القيم بمجاميع أويلر أو قيم زيتا المتعددة المتناوبة ، وعندمان=1{\displaystyle n=1}تُسمى ببساطة قيم زيتا المتعددة. وغالبًا ما تُكتب قيم زيتا المتعددة

ζ(s1،...،sد)=ك1>>كد>01ك1s1كدsد{\displaystyle \zeta (s_{1},\ldots ,s_{d})=\sum \limits _{k_{1}>\cdots >k_{d}>0}{\frac {1}{k_{1}^{s_{1}}\cdots k_{d}^{s_{d}}}}}

وتُكتب مجاميع أويلر

ζ(s1،...،sد؛ε1،...،εد)=ك1>>كد>0ε1ك1εدكدك1s1كدsد{\displaystyle \zeta (s_{1},\ldots ,s_{d};\varepsilon _{1},\ldots ,\varepsilon _{d})=\sum \limits _{k_{1}>\cdots >k_{d}>0}{\frac {\varepsilon _{1}^{k_{1}}\cdots \varepsilon _{d}^{k_{d}}}{k_{1}^{s_{1}}\cdots k_{d}^{s_{d}}}}}

أينεأنا=±1{\displaystyle \varepsilon _{i}=\pm 1}أحيانًا، يكتب المؤلفون شريطًا فوقsأنا{\displaystyle s_{i}}بما يتوافق معεأنا{\displaystyle \varepsilon _{i}}يساوي-1{\displaystyle -1}على سبيل المثال

ζ(أ¯،ب)=ζ(أ،ب؛-1،1){\displaystyle \zeta ({\overline {a}},b)=\zeta (a,b;-1,1)}.

البنية والهويات المتكاملة

لاحظ كونتسيفيتش أنه من الممكن التعبير عن قيم زيتا المتعددة الملونة (وبالتالي حالاتها الخاصة) كتكاملات متعددة المتغيرات معينة . غالبًا ما تُذكر هذه النتيجة باستخدام اصطلاح للتكاملات المتكررة، حيث

0xو1(ت)دتود(ت)دت=0xو1(ت1)(0ت1و2(ت2)(0ت2(0تدود(تد)دتد))دت2)دت1{\displaystyle \int _{0}^{x}f_{1}(t)dt\cdots f_{d}(t)dt=\int _{0}^{x}f_{1}(t_{1})\left(\int _{0}^{t_{1}}f_{2}(t_{2})\left(\int _{0}^{t_{2}}\cdots \left(\int _{0}^{t_{d}}f_{d}(t_{d})dt_{d}\right)\right)dt_{2}\right)dt_{1}}

باستخدام هذا الاصطلاح، يمكن صياغة النتيجة على النحو التالي: [ 2 ]

لأناs1،...،sد(μ1،...،μد)=01(دتت)s1-1دتأ1-ت(دتت)sد-1دتأد-ت{\displaystyle \mathrm {Li} _{s_{1},\ldots ,s_{d}}(\mu _{1},\ldots ,\mu _{d})=\int _{0}^{1}\left({\frac {dt}{t}}\right)^{s_{1}-1}{\frac {dt}{a_{1}-t}}\cdots \left({\frac {dt}{t}}\right)^{s_{d}-1}{\frac {dt}{a_{d}-t}}}أينأج=أنا=1جμأنا-1{\displaystyle a_{j}=\prod \limits _{i=1}^{j}\mu _{i}^{-1}}لج=1،2،...،د{\displaystyle j=1,2,\ldots ,d}.

تُعد هذه النتيجة مفيدة للغاية نظرًا لنتيجة معروفة تتعلق بمنتجات التكاملات المتكررة، وهي أن

(0xو1(ت)دتون(ت)دت)(0xون+1(ت)دتوم(ت)دت)=σSحن،م0xوσ(1)(ت)وσ(م)(ت){\displaystyle \left(\int _{0}^{x}f_{1}(t)dt\cdots f_{n}(t)dt\right)\!\left(\int _{0}^{x}f_{n+1}(t)dt\cdots f_{m}(t)dt\right)=\sum \limits _{\sigma \in {\mathfrak {Sh}}_{n,m}}\int _{0}^{x}f_{\sigma (1)}(t)\cdots f_{\sigma (m)}(t)}أينSحن،م={σSم|σ(1)<<σ(ن)،σ(ن+1)<<σ(م)}{\displaystyle {\mathfrak {Sh}}_{n,m}=\{\sigma \in S_{m}\mid \sigma (1)<\cdots <\sigma (n),\sigma (n+1)<\cdots <\sigma (m)\}}وSم{\displaystyle S_{m}}هي المجموعة المتناظرة علىم{\displaystyle m}الرموز.

لاستخدام هذا في سياق قيم زيتا المتعددة، حددX={أ،ب}{\displaystyle X=\{a,b\}}،X*{\displaystyle X^{*}}أن يكون أحاديًا حرًا مُوَلَّدًا بواسطةX{\displaystyle X}وأ{\displaystyle {\mathfrak {A}}}أن تكون حراًسؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }- فضاء متجهي مُوَلَّد بواسطةX*{\displaystyle X^{*}}.أ{\displaystyle {\mathfrak {A}}}يمكن تزويدها بضرب التبديل ، مما يحولها إلى جبر . بعد ذلك، يمكن اعتبار دالة زيتا المتعددة بمثابة خريطة تقييم، حيث نحددأ=دتت{\displaystyle a={\frac {dt}{t}}}،ب=دت1-ت{\displaystyle b={\frac {dt}{1-t}}}، وتحديد

ζ(w)=01w{\displaystyle \zeta (\mathbf {w} )=\int _{0}^{1}\mathbf {w} }لأيwX*{\displaystyle \mathbf {w} \in X^{*}}،

مما يجعل ، بحسب الهوية التكاملية المذكورة آنفاً

ζ(أs1-1بأsد-1ب)=ζ(s1،...،sد).{\displaystyle \zeta (a^{s_{1}-1}b\cdots a^{s_{d}-1}b)=\zeta (s_{1},\ldots ,s_{d}).}

ثم، تعطي الهوية التكاملية على المنتجات [ 2 ]

ζ(w)ζ(v)=ζ(w ⧢ v).{\displaystyle \zeta (w)\zeta (v)=\zeta (w{\text{ ⧢ }}v).}

حالة ذات معيارين

في الحالة الخاصة التي تحتوي على معلمتين فقط لدينا (مع s > 1 و n و m أعداد صحيحة): [ 4 ]

ζ(s،ت)=ن>م1 1نsمت=ن=21نsم=1ن-11مت=ن=11(ن+1)sم=1ن1مت{\displaystyle \zeta (s,t)=\sum _{n>m\geq 1}\ {\frac {1}{n^{s}m^{t}}}=\sum _{n=2}^{\infty }{\frac {1}{n^{s}}}\sum _{m=1}^{n-1}{\frac {1}{m^{t}}}=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{(n+1)^{s}}}\sum _{m=1}^{n}{\frac {1}{m^{t}}}}
ζ(s،ت)=ن=1حن،ت(ن+1)s{\displaystyle \zeta (s,t)=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {H_{n,t}}{(n+1)^{s}}}}أينحن،ت{\displaystyle H_{n,t}}هي الأعداد التوافقية المعممة .

من المعروف أن دوال زيتا المتعددة تحقق ما يُعرف بازدواجية MZV، وأبسط مثال على ذلك هو متطابقة أويلر الشهيرة :

ن=1حن(ن+1)2=ζ(2،1)=ζ(3)=ن=11ن3،{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {H_{n}}{(n+1)^{2}}}=\zeta (2,1)=\zeta (3)=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{3}}},\!}

حيث تمثل H n الأرقام التوافقية .

القيم الخاصة لدوال زيتا المزدوجة، مع s  >  0 وزوجي ، t  >  1 وفردي ، ولكن s + t = 2 N +1 (مع الأخذ إذا لزم الأمر ζ (0)  =  0): [ 4 ]

ζ(s،ت)=ζ(s)ζ(ت)+12[(s+تs)-1]ζ(s+ت)-ر=1شمال-1[(2رs-1)+(2رت-1)]ζ(2ر+1)ζ(s+ت-1-2ر){\displaystyle \zeta (s,t)=\zeta (s)\zeta (t)+{\tfrac {1}{2}}{\Big [}{\tbinom {s+t}{s}}-1{\Big ]}\zeta (s+t)-\sum _{r=1}^{N-1}{\Big [}{\tbinom {2r}{s-1}}+{\tbinom {2r}{t-1}}{\Big ]}\zeta (2r+1)\zeta (s+t-1-2r)}
sتالقيمة التقريبيةصيغ صريحةOEIS
220.81174242528335364363700277240634ζ(4){\displaystyle {\tfrac {3}{4}}\zeta (4)}A197110
320.2288103976033537597687461489423ζ(2)ζ(3)-112ζ(5){\displaystyle 3\zeta (2)\zeta (3)-{\tfrac {11}{2}}\zeta (5)}A258983
420.088483382454368714294327839086(ζ(3))2-43ζ(6){\displaystyle \left(\zeta (3)\right)^{2}-{\tfrac {4}{3}}\zeta (6)}A258984
520.0385751243427532555059254643735ζ(2)ζ(5)+2ζ(3)ζ(4)-11ζ(7){\displaystyle 5\zeta (2)\zeta (5)+2\zeta (3)\zeta (4)-11\zeta (7)}A258985
620.017819740416835988362659530248A258947
230.71156619755057243209697380608692ζ(5)-2ζ(2)ζ(3){\displaystyle {\tfrac {9}{2}}\zeta (5)-2\zeta (2)\zeta (3)}A258986
330.21379886822459254709958357450812((ζ(3))2-ζ(6)){\displaystyle {\tfrac {1}{2}}\left(\left(\zeta (3)\right)^{2}-\zeta (6)\right)}A258987
430.08515982253483365140680601887217ζ(7)-10ζ(2)ζ(5){\displaystyle 17\zeta (7)-10\zeta (2)\zeta (5)}A258988
530.0377076729848475440113047822945ζ(3)ζ(5)-14724ζ(8)-52ζ(6،2){\displaystyle 5\zeta (3)\zeta (5)-{\tfrac {147}{24}}\zeta (8)-{\tfrac {5}{2}}\zeta (6,2)}A258982
240.6745239140339681404915606082572512ζ(6)-(ζ(3))2{\displaystyle {\tfrac {25}{12}}\zeta (6)-\left(\zeta (3)\right)^{2}}A258989
340.20750501461573209590780760549510ζ(2)ζ(5)+ζ(3)ζ(4)-18ζ(7){\displaystyle 10\zeta (2)\zeta (5)+\zeta (3)\zeta (4)-18\zeta (7)}A258990
440.08367311301649536161489043654212((ζ(4))2-ζ(8)){\displaystyle {\tfrac {1}{2}}\left(\left(\zeta (4)\right)^{2}-\zeta (8)\right)}A258991

لاحظ أنه إذاs+ت=2ص+2{\displaystyle s+t=2p+2}لديناص/3{\displaystyle p/3}غير قابلة للاختزال، أي لا يمكن كتابة هذه القيم الافتراضية كدالة لـζ(أ){\displaystyle \zeta (a)}فقط. [ 5 ]

حالة ثلاثة معايير

في الحالة الخاصة التي تتضمن ثلاثة معلمات فقط (مع a > 1 و n و j و i أعداد صحيحة):

ζ(أ،ب،ج)=ن>ج>أنا1 1نأجبأناج=ن=11(ن+2)أج=1ن1(ج+1)بأنا=1ج1(أنا)ج=ن=11(ن+2)أج=1نحج،ج(ج+1)ب{\displaystyle \zeta (a,b,c)=\sum _{n>j>i\geq 1}\ {\frac {1}{n^{a}j^{b}i^{c}}}=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{(n+2)^{a}}}\sum _{j=1}^{n}{\frac {1}{(j+1)^{b}}}\sum _{i=1}^{j}{\frac {1}{(i)^{c}}}=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{(n+2)^{a}}}\sum _{j=1}^{n}{\frac {H_{j,c}}{(j+1)^{b}}}}

صيغة انعكاس أويلر

تحقق قيم MZV المذكورة أعلاه صيغة انعكاس أويلر :

ζ(أ،ب)+ζ(ب،أ)=ζ(أ)ζ(ب)-ζ(أ+ب){\displaystyle \zeta (a,b)+\zeta (b,a)=\zeta (a)\zeta (b)-\zeta (a+b)}لأ،ب>1{\displaystyle a,b>1}

باستخدام علاقات التبديل، من السهل إثبات ما يلي: [ 5 ]

ζ(أ،ب،ج)+ζ(أ،ج،ب)+ζ(ب،أ،ج)+ζ(ب،ج،أ)+ζ(ج،أ،ب)+ζ(ج،ب،أ)=ζ(أ)ζ(ب)ζ(ج)+2ζ(أ+ب+ج)-ζ(أ)ζ(ب+ج)-ζ(ب)ζ(أ+ج)-ζ(ج)ζ(أ+ب){\displaystyle \zeta (a,b,c)+\zeta (a,c,b)+\zeta (b,a,c)+\zeta (b,c,a)+\zeta (c,a,b)+\zeta (c,b,a)=\zeta (a)\zeta (b)\zeta (c)+2\zeta (a+b+c)-\zeta (a)\zeta (b+c)-\zeta (b)\zeta (a+c)-\zeta (c)\zeta (a+b)}لأ،ب،ج>1{\displaystyle a,b,c>1}

يمكن اعتبار هذه الدالة بمثابة تعميم لصيغ الانعكاس.

المجاميع المتناظرة بدلالة دالة زيتا

يتركS(أنا1،أنا2،،أناك)=ن1ن2نك11ن1أنا1ن2أنا2نكأناك{\displaystyle S(i_{1},i_{2},\cdots ,i_{k})=\sum _{n_{1}\geq n_{2}\geq \cdots n_{k}\geq 1}{\frac {1}{n_{1}^{i_{1}}n_{2}^{i_{2}}\cdots n_{k}^{i_{k}}}}}وقسمΠ={P1،P2،...،Pل}{\displaystyle \Pi =\{P_{1},P_{2},\dots ,P_{l}\}}من المجموعة{1،2،...،ك}{\displaystyle \{1,2,\dots ,k\}}، يتركج(Π)=(|P1|-1)!(|P2|-1)!(|Pل|-1)!{\displaystyle c(\Pi )=(\left|P_{1}\right|-1)!(\left|P_{2}\right|-1)!\cdots (\left|P_{l}\right|-1)!}. كذلك، بالنظر إلى مثل هذاΠ{\displaystyle \Pi }و k -tupleأنا={أنا1،...،أناك}{\displaystyle i=\{i_{1},...,i_{k}\}}تعريف الأسسs=1لζ(جPsأناج){\displaystyle \prod _{s=1}^{l}\zeta (\sum _{j\in P_{s}}i_{j})}.

العلاقات بينζ{\displaystyle \zeta }وS{\displaystyle S}نكون: S(أنا1،أنا2)=ζ(أنا1،أنا2)+ζ(أنا1+أنا2){\displaystyle S(i_{1},i_{2})=\zeta (i_{1},i_{2})+\zeta (i_{1}+i_{2})}وS(أنا1،أنا2،أنا3)=ζ(أنا1،أنا2،أنا3)+ζ(أنا1+أنا2،أنا3)+ζ(أنا1،أنا2+أنا3)+ζ(أنا1+أنا2+أنا3).{\displaystyle S(i_{1},i_{2},i_{3})=\zeta (i_{1},i_{2},i_{3})+\zeta (i_{1}+i_{2},i_{3})+\zeta (i_{1},i_{2}+i_{3})+\zeta (i_{1}+i_{2}+i_{3}).}

النظرية 1 (هوفمان)

لأي شخص حقيقيأنا1،،أناك>1،{\displaystyle i_{1},\cdots ,i_{k}>1,}،σΣكS(أناσ(1)،...،أناσ(ك))=الأقسام Π ل {1،...،ك}ج(Π)ζ(أنا،Π){\displaystyle \sum _{\sigma \in \Sigma _{k}}S(i_{\sigma (1)},\dots ,i_{\sigma (k)})=\sum _{{\text{partitions }}\Pi {\text{ of }}\{1,\dots ,k\}}c(\Pi )\zeta (i,\Pi )}.

البرهان. افترضأناج{\displaystyle i_{j}}جميعها متميزة. (لا يوجد فقدان للعمومية، حيث يمكننا أخذ النهايات). يمكن كتابة الطرف الأيسر على النحو التالي: σن1ن2نك11نأنا1σ(1)نأنا2σ(2)نأناكσ(ك){\displaystyle \sum _{\sigma }\sum _{n_{1}\geq n_{2}\geq \cdots \geq n_{k}\geq 1}{\frac {1}{{n^{i_{1}}}_{\sigma (1)}{n^{i_{2}}}_{\sigma (2)}\cdots {n^{i_{k}}}_{\sigma (k)}}}}والآن أفكر في التناظر

مجموعةΣك{\displaystyle \Sigma _{k}}كما هو الحال عند العمل على k -tupleن=(1،،ك){\displaystyle n=(1,\cdots ,k)}من الأعداد الصحيحة الموجبة. مجموعة k -tuple معطاةن=(ن1،،نك){\displaystyle n=(n_{1},\cdots ,n_{k})}له مجموعة تماثل

Σك(ن){\displaystyle \Sigma _{k}(n)}وقسم مرتبط بهΛ{\displaystyle \Lambda }ل(1،2،،ك){\displaystyle (1,2,\cdots ,k)}:Λ{\displaystyle \Lambda }هي مجموعة فئات التكافؤ للعلاقة المعطاة بواسطةأناج{\displaystyle i\sim j}إذانأنا=نج{\displaystyle n_{i}=n_{j}}، وΣك(ن)={σΣك:σ(أنا)أنا}{\displaystyle \Sigma _{k}(n)=\{\sigma \in \Sigma _{k}:\sigma (i)\sim \forall i\}}والآن المصطلح1نأنا1σ(1)نأنا2σ(2)نأناكσ(ك){\displaystyle {\frac {1}{{n^{i_{1}}}_{\sigma (1)}{n^{i_{2}}}_{\sigma (2)}\cdots {n^{i_{k}}}_{\sigma (k)}}}}يحدث على الجانب الأيسر منσΣكS(أناσ(1)،...،أناσ(ك))=الأقسام Π ل {1،...،ك}ج(Π)ζ(أنا،Π){\displaystyle \sum _{\sigma \in \Sigma _{k}}S(i_{\sigma (1)},\dots ,i_{\sigma (k)})=\sum _{{\text{partitions }}\Pi {\text{ of }}\{1,\dots ,k\}}c(\Pi )\zeta (i,\Pi )}بالضبط|Σك(ن)|{\displaystyle \left|\Sigma _{k}(n)\right|}مرات. يحدث ذلك على الجانب الأيمن في تلك المصطلحات المقابلة للتقسيماتΠ{\displaystyle \Pi }وهي تحسينات لـΛ{\displaystyle \Lambda }: التأجير{\displaystyle \succeq }يدل على التحسين،1نأنا1σ(1)نأنا2σ(2)نأناكσ(ك){\displaystyle {\frac {1}{{n^{i_{1}}}_{\sigma (1)}{n^{i_{2}}}_{\sigma (2)}\cdots {n^{i_{k}}}_{\sigma (k)}}}}يحدثΠΛ(Π){\displaystyle \sum _{\Pi \succeq \Lambda }(\Pi )}مرات. وبالتالي، ستتحقق النتيجة إذا |Σك(ن)|=ΠΛج(Π){\displaystyle \left|\Sigma _{k}(n)\right|=\sum _{\Pi \succeq \Lambda }c(\Pi )}لأي مجموعة kن={ن1،،نك}{\displaystyle n=\{n_{1},\cdots ,n_{k}\}}والتقسيم المرتبط بهΛ{\displaystyle \Lambda }ولرؤية ذلك، لاحظ أنج(Π){\displaystyle c(\Pi )}يحسب التباديل التي لها نوع الدورة المحدد بواسطةΠ{\displaystyle \Pi }بما أن أي عناصر منΣك(ن){\displaystyle \Sigma _{k}(n)}يحتوي على نوع دورة فريد محدد بواسطة قسم يقوم بتحسينهΛ{\displaystyle \Lambda }[ 6 ]

لك=3{\displaystyle k=3}تقول النظريةσΣ3S(أناσ(1)،أناσ(2)،أناσ(3))=ζ(أنا1)ζ(أنا2)ζ(أنا3)+ζ(أنا1+أنا2)ζ(أنا3)+ζ(أنا1)ζ(أنا2+أنا3)+ζ(أنا1+أنا3)ζ(أنا2)+2ζ(أنا1+أنا2+أنا3){\displaystyle \sum _{\sigma \in \Sigma _{3}}S(i_{\sigma (1)},i_{\sigma (2)},i_{\sigma (3)})=\zeta (i_{1})\zeta (i_{2})\zeta (i_{3})+\zeta (i_{1}+i_{2})\zeta (i_{3})+\zeta (i_{1})\zeta (i_{2}+i_{3})+\zeta (i_{1}+i_{3})\zeta (i_{2})+2\zeta (i_{1}+i_{2}+i_{3})} لأنا1،أنا2،أنا3>1{\displaystyle i_{1},i_{2},i_{3}>1}هذه هي النتيجة الرئيسية لـ [ 7 ]

امتلاكζ(أنا1،أنا2،،أناك)=ن1>ن2>نك11ن1أنا1ن2أنا2نكأناك{\displaystyle \zeta (i_{1},i_{2},\cdots ,i_{k})=\sum _{n_{1}>n_{2}>\cdots n_{k}\geq 1}{\frac {1}{n_{1}^{i_{1}}n_{2}^{i_{2}}\cdots n_{k}^{i_{k}}}}}. ولبيان نظير النظرية 1 لـζs{\displaystyle \zeta 's}نحتاج إلى بت واحد من الترميز. بالنسبة للتقسيم

Π={P1،،Pل}{\displaystyle \Pi =\{P_{1},\cdots ,P_{l}\}}ل{1،2،ك}{\displaystyle \{1,2\cdots ,k\}}، يتركج~(Π)=(-1)ك-لج(Π){\displaystyle {\tilde {c}}(\Pi )=(-1)^{k-l}c(\Pi )}.

النظرية 2 (هوفمان)

لأي شخص حقيقيأنا1،،أناك>1{\displaystyle i_{1},\cdots ,i_{k}>1}،σΣكζ(أناσ(1)،...،أناσ(ك))=الأقسام Π ل {1،...،ك}ج~(Π)ζ(أنا،Π){\displaystyle \sum _{\sigma \in \Sigma _{k}}\zeta (i_{\sigma (1)},\dots ,i_{\sigma (k)})=\sum _{{\text{partitions }}\Pi {\text{ of }}\{1,\dots ,k\}}{\tilde {c}}(\Pi )\zeta (i,\Pi )}.

البرهان. نتبع نفس مسار الحجة كما في البرهان السابق. يصبح الطرف الأيسر الآن σن1>ن2>>نك11نأنا1σ(1)نأنا2σ(2)نأناكσ(ك){\displaystyle \sum _{\sigma }\sum _{n_{1}>n_{2}>\cdots >n_{k}\geq 1}{\frac {1}{{n^{i_{1}}}_{\sigma (1)}{n^{i_{2}}}_{\sigma (2)}\cdots {n^{i_{k}}}_{\sigma (k)}}}}ومصطلح1ن1أنا1ن2أنا2نكأناك{\displaystyle {\frac {1}{n_{1}^{i_{1}}n_{2}^{i_{2}}\cdots n_{k}^{i_{k}}}}} يحدث ذلك على الجانب الأيسر لأنه مرة واحدة إذا كان كلنأنا{\displaystyle n_{i}}متميزة، وليست كذلك على الإطلاق بخلاف ذلك. لذا، يكفي أن نوضح ΠΛج~(Π)={1، لو |Λ|=ك0، خلاف ذلك .{\displaystyle \sum _{\Pi \succeq \Lambda }{\tilde {c}}(\Pi )={\begin{cases}1,{\text{ if }}\left|\Lambda \right|=k\\0,{\text{ otherwise }}.\end{cases}}} (1)

ولإثبات ذلك، لاحظ أولاً أن إشارةج~(Π){\displaystyle {\tilde {c}}(\Pi )}تكون موجبة إذا كانت تباديل نوع الدورةΠ{\displaystyle \Pi }تكون الأعداد زوجية ، وسالبة إذا كانت فردية ؛ وبالتالي، فإن الطرف الأيسر من المعادلة (1) هو المجموع الموقّع لعدد التبديلات الزوجية والفردية في مجموعة التناظر.Σك(ن){\displaystyle \Sigma _{k}(n)}لكن مجموعة التناظر هذه تحتوي على أعداد متساوية من التباديل الزوجية والفردية ما لم تكن تافهة، أي ما لم يكن التقسيم المرتبط بها Λ{\displaystyle \Lambda }يكون {{1}،{2}،،{ك}}{\displaystyle \{\{1\},\{2\},\cdots ,\{k\}\}}[ 6 ]

تخمينات المجموع والازدواجية

المصدر: [ 6 ]

نذكر أولاً تخمين المجموع، والذي يعود إلى سي. موين. [ 8 ]

تخمين المجموع (هوفمان). بالنسبة للأعداد الصحيحة الموجبة k و n ، أنا1++أناك=ن،أنا1>1ζ(أنا1،،أناك)=ζ(ن){\displaystyle \sum _{i_{1}+\cdots +i_{k}=n,i_{1}>1}\zeta (i_{1},\cdots ,i_{k})=\zeta (n)}حيث يتم تمديد المجموع على k -tuplesأنا1،،أناك{\displaystyle i_{1},\cdots ,i_{k}}من الأعداد الصحيحة الموجبة معأنا1>1{\displaystyle i_{1}>1}.

ثلاث ملاحظات بخصوص هذه الفرضية جديرة بالذكر. أولاً، إنها تعني أنا1++أناك=ن،أنا1>1S(أنا1،،أناك)=(ن-1ك-1)ζ(ن){\displaystyle \sum _{i_{1}+\cdots +i_{k}=n,i_{1}>1}S(i_{1},\cdots ,i_{k})={n-1 \choose k-1}\zeta (n)}ثانيًا، في هذه الحالةك=2{\displaystyle k=2}يقول ذلكζ(ن-1،1)+ζ(ن-2،2)++ζ(2،ن-2)=ζ(ن){\displaystyle \zeta (n-1,1)+\zeta (n-2,2)+\cdots +\zeta (2,n-2)=\zeta (n)}أو باستخدام العلاقة بينζs{\displaystyle \zeta 's}وSs{\displaystyle S's}والنظرية 1،2S(ن-1،1)=(ن+1)ζ(ن)-ك=2ن-2ζ(ك)ζ(ن-ك).{\displaystyle 2S(n-1,1)=(n+1)\zeta (n)-\sum _{k=2}^{n-2}\zeta (k)\zeta (n-k).}

أثبت أويلر ذلك [ 9 ] ، وأُعيد اكتشافه عدة مرات، لا سيما من قِبل ويليامز [ 10 ] . وأخيرًا، أثبت سي. موين [ 8 ] نفس التخمين لـ k = 3 بحجج مطولة ولكنها أولية. بالنسبة لتخمين الازدواجية، نُعرّف أولًا عملية الالتفاف.τ{\displaystyle \tau }في موقع التصوير{\displaystyle \Im }من المتتاليات المنتهية من الأعداد الصحيحة الموجبة التي يكون عنصرها الأول أكبر من 1. ليكنتي{\displaystyle \mathrm {T} }لتكن مجموعة المتتاليات المنتهية المتزايدة تمامًا من الأعداد الصحيحة الموجبة، ولتكنΣ:تي{\displaystyle \Sigma لتكن الدالة التي ترسل سلسلة في{\displaystyle \Im }إلى سلسلة المجاميع الجزئية الخاصة بها. إذاتين{\displaystyle \mathrm {T} _{n}}هي مجموعة المتتاليات فيتي{\displaystyle \mathrm {T} }العنصر الأخير منه على الأكثرن{\displaystyle n}لدينا عمليتان متداخلتان للتنقلRن{\displaystyle R_{n}}وجن{\displaystyle C_{n}}علىتين{\displaystyle \mathrm {T} _{n}}محدد بواسطة Rن(أ1،أ2،...،أل)=(ن+1-أل،ن+1-أل-1،...،ن+1-أ1){\displaystyle R_{n}(a_{1},a_{2},\dots ,a_{l})=(n+1-a_{l},n+1-a_{l-1},\dots ,n+1-a_{1})}و جن(أ1،...،أل){\displaystyle C_{n}(a_{1},\dots ,a_{l})}= مكمل لـ{أ1،...،أل}{\displaystyle \{a_{1},\dots ,a_{l}\}}في{1،2،...،ن}{\displaystyle \{1,2,\dots ,n\}}مرتبة تصاعديًا. تعريفنا لـτ{\displaystyle \tau }يكونτ(أنا)=Σ-1RنجنΣ(أنا)=Σ-1جنRنΣ(أنا){\displaystyle \tau (I)=\Sigma ^{-1}R_{n}C_{n}\Sigma (I)=\Sigma ^{-1}C_{n}R_{n}\Sigma (I)}لأنا=(أنا1،أنا2،...،أناك){\displaystyle I=(i_{1},i_{2},\dots ,i_{k})\in \Im }معأنا1++أناك=ن{\displaystyle i_{1}+\cdots +i_{k}=n}.

على سبيل المثال، τ(3،4،1)=Σ-1ج8R8(3،7،8)=Σ-1(3،4،5،7،8)=(3،1،1،2،1).{\displaystyle \tau (3,4,1)=\Sigma ^{-1}C_{8}R_{8}(3,7,8)=\Sigma ^{-1}(3,4,5,7,8)=(3,1,1,2,1).} سنقول التسلسلات(أنا1،...،أناك){\displaystyle (i_{1},\dots ,i_{k})}وτ(أنا1،...،أناك){\displaystyle \tau (i_{1},\dots ,i_{k})}متناظران مع بعضهما البعض، ويشيران إلى متتالية محددة بواسطةτ{\displaystyle \tau }باعتبارها مزدوجة ذاتيًا. [ 6 ]

تخمين الازدواجية (هوفمان). إذا(ح1،...،حن-ك){\displaystyle (h_{1},\dots ,h_{n-k})}هو مزدوج لـ(أنا1،...،أناك){\displaystyle (i_{1},\dots ,i_{k})}، ثمζ(ح1،...،حن-ك)=ζ(أنا1،...،أناك){\displaystyle \zeta (h_{1},\dots ,h_{n-k})=\zeta (i_{1},\dots ,i_{k})}.

تُعرف هذه الفرضية الجماعية أيضًا باسم نظرية المجموع ، ويمكن التعبير عنها على النحو التالي: قيمة زيتا لريمان لعدد صحيح n  2 تساوي مجموع جميع قيم زيتا لريمان الصالحة (أي التي يكون فيها s 1  >  1) للتقسيمات ذات الطول k والوزن n ، حيث 1  kn − 1. في الصيغة: [ 3 ]     

s1>1s1++sك=نζ(s1،...،sك)=ζ(ن).{\displaystyle \sum _{\stackrel {s_{1}+\cdots +s_{k}=n}{s_{1}>1}}\zeta (s_{1},\ldots ,s_{k})=\zeta (n).}

على سبيل المثال، مع طول k = 2 ووزن n = 7:

ζ(6،1)+ζ(5،2)+ζ(4،3)+ζ(3،4)+ζ(2،5)=ζ(7).{\displaystyle \zeta (6,1)+\zeta (5,2)+\zeta (4,3)+\zeta (3,4)+\zeta (2,5)=\zeta (7).}

مجموع أويلر مع جميع التناوبات الممكنة للإشارة

يظهر مجموع أويلر مع تناوب الإشارة في دراسات مجموع أويلر غير المتناوب. [ 5 ]

الترميز

ن=1حن(ب)(-1)(ن+1)(ن+1)أ=ζ(أ¯،ب){\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {H_{n}^{(b)}(-1)^{(n+1)}}{(n+1)^{a}}}=\zeta ({\bar {a}},b)} مع حن(ب)=+1+12ب+13ب+{\displaystyle H_{n}^{(b)}=+1+{\frac {1}{2^{b}}}+{\frac {1}{3^{b}}}+\cdots }هي الأعداد التوافقية المعممة .
ن=1ح¯ن(ب)(ن+1)أ=ζ(أ،ب¯){\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {{\bar {H}}_{n}^{(b)}}{(n+1)^{a}}}=\zeta (a,{\bar {b}})} معح¯ن(ب)=-1+12ب-13ب+{\displaystyle {\bar {H}}_{n}^{(b)}=-1+{\frac {1}{2^{b}}}-{\frac {1}{3^{b}}}+\cdots }
ن=1ح¯ن(ب)(-1)(ن+1)(ن+1)أ=ζ(أ¯،ب¯){\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {{\bar {H}}_{n}^{(b)}(-1)^{(n+1)}}{(n+1)^{a}}}=\zeta ({\bar {a}},{\bar {b}})}
ن=1(-1)ن(ن+2)أن=1ح¯ن(ج)(-1)(ن+1)(ن+1)ب=ζ(أ¯،ب¯،ج¯){\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{(n+2)^{a}}}\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {{\bar {H}}_{n}^{(c)}(-1)^{(n+1)}}{(n+1)^{b}}}=\zeta ({\bar {a}},{\bar {b}},{\bar {c}})}معح¯ن(ج)=-1+12ج-13ج+{\displaystyle {\bar {H}}_{n}^{(c)}=-1+{\frac {1}{2^{c}}}-{\frac {1}{3^{c}}}+\cdots }
ن=1(-1)ن(ن+2)أن=1حن(ج)(ن+1)ب=ζ(أ¯،ب،ج){\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{(n+2)^{a}}}\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {H_{n}^{(c)}}{(n+1)^{b}}}=\zeta ({\bar {a}},b,c)}معحن(ج)=+1+12ج+13ج+{\displaystyle H_{n}^{(c)}=+1+{\frac {1}{2^{c}}}+{\frac {1}{3^{c}}}+\cdots }
ن=11(ن+2)أن=1حن(ج)(-1)(ن+1)(ن+1)ب=ζ(أ،ب¯،ج){\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{(n+2)^{a}}}\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {H_{n}^{(c)}(-1)^{(n+1)}}{(n+1)^{b}}}=\zeta (a,{\bar {b}},c)}
ن=11(ن+2)أن=1ح¯ن(ج)(ن+1)ب=ζ(أ،ب،ج¯){\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{(n+2)^{a}}}\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {{\bar {H}}_{n}^{(c)}}{(n+1)^{b}}}=\zeta (a,b,{\bar {c}})}

كصيغة معدلة لدالة إيتا ديريشليه، نُعرّف

ϕ(s)=1-2(s-1)2(s-1)ζ(s){\displaystyle \phi (s)={\frac {1-2^{(s-1)}}{2^{(s-1)}}}\zeta (s)}معs>1{\displaystyle s>1}
ϕ(1)=-ln2{\displaystyle \phi (1)=-\ln 2}

صيغة الانعكاس

صيغة الانعكاسζ(أ،ب)+ζ(ب،أ)=ζ(أ)ζ(ب)-ζ(أ+ب){\displaystyle \zeta (a,b)+\zeta (b,a)=\zeta (a)\zeta (b)-\zeta (a+b)}ويمكن تعميم ذلك على النحو التالي:

ζ(أ،ب¯)+ζ(ب¯،أ)=ζ(أ)ϕ(ب)-ϕ(أ+ب){\displaystyle \zeta (a,{\bar {b}})+\zeta ({\bar {b}},a)=\zeta (a)\phi (b)-\phi (a+b)}
ζ(أ¯،ب)+ζ(ب،أ¯)=ζ(ب)ϕ(أ)-ϕ(أ+ب){\displaystyle \zeta ({\bar {a}},b)+\zeta (b,{\bar {a}})=\zeta (b)\phi (a)-\phi (a+b)}
ζ(أ¯،ب¯)+ζ(ب¯،أ¯)=ϕ(أ)ϕ(ب)-ζ(أ+ب){\displaystyle \zeta ({\bar {a}},{\bar {b}})+\zeta ({\bar {b}},{\bar {a}})=\phi (a)\phi (b)-\zeta (a+b)}

لوأ=ب{\displaystyle a=b}لديناζ(أ¯،أ¯)=12[ϕ2(أ)-ζ(2أ)]{\displaystyle \zeta ({\bar {a}},{\bar {a}})={\tfrac {1}{2}}{\Big [}\phi ^{2}(a)-\zeta (2a){\Big ]}}

علاقات أخرى

باستخدام تعريف المتسلسلة، من السهل إثبات ما يلي:

ζ(أ،ب)+ζ(أ،ب¯)+ζ(أ¯،ب)+ζ(أ¯،ب¯)=ζ(أ،ب)2(أ+ب-2){\displaystyle \zeta (a,b)+\zeta (a,{\bar {b}})+\zeta ({\bar {a}},b)+\zeta ({\bar {a}},{\bar {b}})={\frac {\zeta (a,b)}{2^{(a+b-2)}}}}معأ>1{\displaystyle a>1}
ζ(أ،ب،ج)+ζ(أ،ب،ج¯)+ζ(أ،ب¯،ج)+ζ(أ¯،ب،ج)+ζ(أ،ب¯،ج¯)+ζ(أ¯،ب،ج¯)+ζ(أ¯،ب¯،ج)+ζ(أ¯،ب¯،ج¯)=ζ(أ،ب،ج)2(أ+ب+ج-3){\displaystyle \zeta (a,b,c)+\zeta (a,b,{\bar {c}})+\zeta (a,{\bar {b}},c)+\zeta ({\bar {a}},b,c)+\zeta (a,{\bar {b}},{\bar {c}})+\zeta ({\bar {a}},b,{\bar {c}})+\zeta ({\bar {a}},{\bar {b}},c)+\zeta ({\bar {a}},{\bar {b}},{\bar {c}})={\frac {\zeta (a,b,c)}{2^{(a+b+c-3)}}}}معأ>1{\displaystyle a>1}

ومن العلاقات المفيدة الأخرى ما يلي: [ 5 ]

ζ(أ،ب)+ζ(أ¯،ب¯)=s>0(أ+ب-s-1)![Zأ(أ+ب-s،s)(أ-s)!(ب-1)!+Zب(أ+ب-s،s)(ب-s)!(أ-1)!]{\displaystyle \zeta (a,b)+\zeta ({\bar {a}},{\bar {b}})=\sum _{s>0}(a+b-s-1)!{\Big [}{\frac {Z_{a}(a+b-s,s)}{(a-s)!(b-1)!}}+{\frac {Z_{b}(a+b-s,s)}{(b-s)!(a-1)!}}{\Big ]}}

أينZأ(s،ت)=ζ(s،ت)+ζ(s¯،ت)-[ζ(s،ت)+ζ(s+ت)]2(s-1){\displaystyle Z_{a}(s,t)=\zeta (s,t)+\zeta ({\bar {s}},t)-{\frac {{\Big [}\zeta (s,t)+\zeta (s+t){\Big ]}}{2^{(s-1)}}}}وZب(s،ت)=ζ(s،ت)2(s-1){\displaystyle Z_{b}(s,t)={\frac {\zeta (s,t)}{2^{(s-1)}}}}

لاحظ أنs{\displaystyle s}يجب استخدامها لجميع القيم>1{\displaystyle >1}والتي يكون فيها وسيط المضروب0{\displaystyle \geqslant 0}

نتائج أخرى

لجميع الأعداد الصحيحة الموجبةأ،ب،...،ك{\displaystyle a,b,\dots ,k}:

ن=2ζ(ن،ك)=ζ(ك+1){\displaystyle \sum _{n=2}^{\infty }\zeta (n,k)=\zeta (k+1)}أو بشكل أعم:
ن=2ζ(ن،أ،ب،...،ك)=ζ(أ+1،ب،...،ك){\displaystyle \sum _{n=2}^{\infty }\zeta (n,a,b,\dots ,k)=\zeta (a+1,b,\dots ,k)}
ن=2ζ(ن،ك¯)=-ϕ(ك+1){\displaystyle \sum _{n=2}^{\infty }\zeta (n,{\bar {k}})=-\phi (k+1)}
ن=2ζ(ن،أ¯،ب)=ζ(أ+1¯،ب){\displaystyle \sum _{n=2}^{\infty }\zeta (n,{\bar {a}},b)=\zeta ({\overline {a+1}},b)}
ن=2ζ(ن،أ،ب¯)=ζ(أ+1،ب¯){\displaystyle \sum _{n=2}^{\infty }\zeta (n,a,{\bar {b}})=\zeta (a+1,{\bar {b}})}
ن=2ζ(ن،أ¯،ب¯)=ζ(أ+1¯،ب¯){\displaystyle \sum _{n=2}^{\infty }\zeta (n,{\bar {a}},{\bar {b}})=\zeta ({\overline {a+1}},{\bar {b}})}
ليمكζ(ن،ك)=ζ(ن)-1{\displaystyle \lim _{k\to \infty }\zeta (n,k)=\zeta (n)-1}
1-ζ(2)+ζ(3)-ζ(4)+=|12|{\displaystyle 1-\zeta (2)+\zeta (3)-\zeta (4)+\cdots =|{\frac {1}{2}}|}
ζ(أ،أ)=12[(ζ(أ))2-ζ(2أ)]{\displaystyle \zeta (a,a)={\tfrac {1}{2}}{\Big [}(\zeta (a))^{2}-\zeta (2a){\Big ]}}
ζ(أ،أ،أ)=16(ζ(أ))3+13ζ(3أ)-12ζ(أ)ζ(2أ){\displaystyle \zeta (a,a,a)={\tfrac {1}{6}}(\zeta (a))^{3}+{\tfrac {1}{3}}\zeta (3a)-{\tfrac {1}{2}}\zeta (a)\zeta (2a)}

قيم زيتا مورديل-تورنهايم

تُعرَّف دالة زيتا لمورديل-تورنهايم، التي قدمها ماتسوموتو (2003) الذي استلهمها من ورقتي مورديل (1958) وتورنهايم (1950) ، بواسطة

ζمتي،ر(s1،...،sر؛sر+1)=م1،...،مر>01م1s1مرsر(م1++مر)sر+1{\displaystyle \zeta _{MT,r}(s_{1},\dots ,s_{r};s_{r+1})=\sum _{m_{1},\dots ,m_{r}>0}{\frac {1}{m_{1}^{s_{1}}\cdots m_{r}^{s_{r}}(m_{1}+\dots +m_{r})^{s_{r+1}}}}}

إنها حالة خاصة من دالة زيتا شينتاني .

مراجع

ملحوظات

  1. تشاو، جيان تشيانغ (2010). "العلاقات القياسية لقيم متعددة اللوغاريتمات عند جذور الوحدة" . دوكيومنتا ماثيماتيكا . 15 : 1-34 . arXiv : 0707.1459 . doi : 10.4171/dm/291 .
  2. 1 2 3 تشاو، جيان تشيانغ (2016). دوال زيتا المتعددة، واللوغاريتمات المتعددة وقيمها الخاصة . سلسلة في نظرية الأعداد وتطبيقاتها. المجلد 12. دار النشر العالمية العلمية. doi : 10.1142/9634 . ISBN  978-981-4689-39-7.
  3. 1 2 هوفمان، مايك. "قيم زيتا المتعددة" . الصفحة الرئيسية لمايك هوفمان . الأكاديمية البحرية الأمريكية . تم الاسترجاع في 8 يونيو 2012 .
  4. 1 2 بورواين، ديفيد؛ بورواين، جوناثان؛ برادلي، ديفيد (23 سبتمبر 2004). "متطابقات مجموع أويلر البارامترية" (ملف PDF) . كارما، دورة الشرف في معهد الرياضيات التطبيقية الأسترالي . جامعة نيوكاسل . تم الاطلاع عليه في 3 يونيو 2012 .
  5. 1 2 3 4 برودهيرست، دي جيه (1996). "حول تعداد مجاميع أويلر غير القابلة للاختزال من الرتبة k ودورها في نظرية العقد ونظرية الحقول". arXiv : hep-th/9604128 .
  6. هوفمان ، مايكل ( 1992 ). " متسلسلات التوافقيات المتعددة" . مجلة المحيط الهادئ للرياضيات . 152 (2): 276-278 . doi : 10.2140 /pjm.1992.152.275 . MR 1141796. Zbl 0763.11037 .  
  7. راماشاندرا راو، ر. سيتا؛ إم. في. سوباراو (1984). "صيغ التحويل للمتسلسلات المتعددة" . مجلة المحيط الهادئ للرياضيات . 113 (2): 417-479 . doi : 10.2140/pjm.1984.113.471 .
  8. 1 2 موين، سي. "مجموع المتسلسلات البسيطة". نسخة أولية .
  9. ^ أويلر ، ل. (1775). “تأملات حول جنس المفرد التسلسلي”. نوفي بالاتصالات. أكاد. الخيال العلمي. بتروبول . 15 (20): 140- 186.
  10. ويليامز، جي تي (1958). "حول تقييم بعض المتسلسلات المتعددة". مجلة الجمعية الرياضية بلندن . 33 (3): 368-371 . doi : 10.1112/jlms/s1-33.3.368 .