Constante de Stieltjes

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Constante de Stieltjes
Simbol
Originea numelui matematician de la care ia constanta numele acestuia
Camp numere reale
constante corelate Euler-Mascheroni constanta
Aria converge regiunii albastre la constanta Euler-Mascheroni , care este 0-lea constantă a Stieltjes.

În matematică , Stieltjes constantele sunt coeficienții care apar în seria Laurent extinderea funcției zeta Riemann :

Constanta este cel mai bine cunoscut ca fiind constanta Euler-Mascheroni .

Reprezentări

Constantele Stieltjes sunt date de limita

in caz , În primele apare însumare , Care este egal cu 1.

Formula lui Cauchy oferă o reprezentare integrală

Alte reprezentări în ceea ce privește seria și integrală apar în lucrările lui Jensen , Franel, Hermite , Hardy , Ramanujan , Ainsworth, Howell, Coppo, Connon, Coffey, Choi, Blagouchine și alți autori. [1] [2] [3] [4] [5] [6] în particular, integral formula de Jensen-Franel, adesea atribuit în mod eronat Ainsworth și Howell, afirmă că

unde este este delta Kronecker . [5] [6] Mai mult decât atât, avem următoarele identități [1] [5] [7]

În ceea ce privește reprezentările serie, în 1912 Hardy [8] a constatat următoarele serii , în care partea întreagă apare o carte de logaritmi,

Israilov [9] a descoperit o serie de semi-convergente în ceea ce privește numerele Bernoulli

Connon, [10] Blagouchine [6] și Coppo [1] în schimb furnizate mai multe serii implicând coeficienți binomice

unde este sunt coeficienții Gregory , de asemenea , cunoscut sub numele de numere logaritmice reciproce ( , , , , ...). Oloa și Tauraso [11] a arătat că anumite serii cu numere armonice duce la constantele Stieltjes

Blagouchine [6] a obținut o serie converge lent în care numerele Stirling de primul tip unsigned apar

împreună cu o serie de semi-convergente cu termeni raționali numai

unde este . În special, seria de primă constantă Stieltjes' are o formă extrem de simplu

unde este este -lea număr armonic . [6] serii mult mai complicate sunt furnizate în scrierile lui Lehmer, Liang, Todd, Lavrik, Israilov, Stankus, Keiper, Nan-Tu, Williams, Coffey. [2] [3] [6]

Estimările și tendința asimptotică

Constantele Stieltjes în valoare absolută îndeplinesc următoarele majorant

descoperit de Berndt in 1972. [12] Cele mai bune estimări în ceea ce privește funcțiile elementare au fost obținute prin Lavrik [13]

și prin Israilov [9]

cu Și , , ...; Nan-Tu și Williams [14]

și , de asemenea , prin Blagouchine [6]

unde este sunt numerele Bernoulli . În cele din urmă , avem următoarea estimare a Matsuoka [15] [16]

În ceea ce privește estimările prin intermediul funcțiilor non-elementare și soluțiile lor, Knessl, Coffey [17] și Fekih-Ahmed [18] au obținut rezultate destul de precise. De exemplu, Knessl și Coffey furnizat următoarea formulă care aproximează constantele Stieltjes relativ bine Grozav. [17] Dacă este soluția unică

cu , si daca , asa de

unde este

Până la , Apropierea Knessl-Coffey a prezis corect semnul , Cu singura excepție . [17]

valorile numerice

Primele valori ale Sunt:

Valoarea aproximativă OEIS
0 +0,5772156649015328606065120900824024310421593359 A001620
1 -0,0728158454836767248605863758749013191377363383 A082633
2 -0,0096903631928723184845303860352125293590658061 A086279
3 +0,0020538344203033458661600465427533842857158044 A086280
4 +0,0023253700654673000574681701775260680009044694 A086281
5 +0,0007933238173010627017533348774444448307315394 A086282
6 -0,0002387693454301996098724218419080042777837151 A183141
7 -0,0005272895670577510460740975054788582819962534 A183167
8 -0,0003521233538030395096020521650012087417291805 A183206
9 -0,0000343947744180880481779146237982273906207895 A184853
10 +0,0002053328149090647946837222892370653029598537 A184854
100 -4,2534015717080269623144385197278358247028931053 × 10 17
1000 -1,5709538442047449345494023425120825242380299554 × 10 486
10000 -2,2104970567221060862971082857536501900234397174 × 10 6883
100000 +1,9919273063125410956582272431568589205211659777 × 10 83432

Pentru mare, constantele Stieltjes cresc rapid în valoare absolută, și semn de schimbare cu un model foarte complex.

Informații suplimentare privind evaluarea numerică a constantelor Stieltjes pot fi găsite în lucrările lui Keiper, [19] Kreminski, [20] Plouffe [21] și Johansson. [22] Ultimul autor a dat valorile Stieltjes constante de până la , Fiecare la cifra specifică numarul 10.000. Valorile numerice pot fi găsite în LMFDB [1] .

Constantele Stieltjes generalizate

Informații generale

Mai general, constantele Stieltjes pot fi definite care apare în Laurent e serie de funcții zeta Hurwitz lui :

unde este este un număr complex cu . Deoarece funcția zeta Hurwitz este o generalizare a funcției zeta Riemann, avem că . Constanta cu este pur și simplu funcția digamma , [23] în timp ce nu se știe dacă celelalte constante pot fi urmărite înapoi la o funcție elementară sau clasică a analizei. Cu toate acestea, există numeroase reprezentări pentru aceste constante. De exemplu, există următoarea reprezentare asimptotică

din

ca urmare a Berndt și Wilton. Analogul pentru constantele Stieltjes generalizate cu formula Jensen-Franel este Hermite formula [5]

Constantele Stieltjes generalizate satisfac următoarea relație recursiv

precum teorema de multiplicare

unde este indică coeficientul binomială . [24] [25]

În primul rând generalizată constantă Stieltjes

Constanta Stieltjes primul generalizată posedă un număr de proprietăți remarcabile.

  • Identitatea Malmsten (formula de reflexie pentru constanta primul generalizata): formula de reflexie pentru constanta Stieltjes primul generalizată este următoarea

unde este Și sunt două numere întregi pozitive astfel încât . Această formulă a fost mult timp atribuită Almkvist și Meurman care a derivat în anii 1990. [26] Cu toate acestea, a fost recent descoperit că identitatea, deși într - o formă ușor diferită, a fost mai întâi obținut prin Carl Malmsten în 1846. [5] [27]

  • Rațional argument teorema: constanta Stieltjes primul generalizată poate fi calculată în numere raționale în formă cvasi închisă prin următoarea formulă [5] [23]

O dovadă alternativă mai târziu a fost propus de Coffey [28] și mulți alți autori.

  • Sume finite: există multe însumări cu privire la constanta Stieltjes prima generalizată. De exemplu:
din

Pentru detalii suplimentare si însumări, vezi [5] [25] .

  • Unele valori particulare: Unele valori particulare ale cu rațional pot fi urmărite înapoi la funcția gamma , prima constanta Stieltjes și unele funcții elementare. De exemplu,

I valori della prima costante di Stieltjes generalizzata nei punti , e furono ottenuti indipendentemente da Connon [29] e Blagouchine [25]

Nei punti , e

Questi valori sono stati calcolati da Blagouchine. [25] Sono dovute allo stesso autore anche le seguenti identità

Seconda costante di Stieltjes generalizzata

La seconda costante di Stieltjes generalizzata è molto meno studiata della prima. Similmente alla prima, si possono calcolare i valori di con razionale e attraverso la seguente formula [5]

Un risultato equivalente fu ottenuto successivamente da Coffey per mezzo di un altro metodo. [28]

Note

  1. ^ a b c Marc-Antoine Coppo. Nouvelles expressions des constantes de Stieltjes . Expositiones Mathematicae, vol. 17, pp. 349-358, 1999.
  2. ^ a b Mark W. Coffey. Series representations for the Stieltjes constants , arXiv:0905.1111
  3. ^ a b Mark W. Coffey. Addison-type series representation for the Stieltjes constants . J. Number Theory, vol. 130, pp. 2049-2064, 2010.
  4. ^ Junesang Choi. Certain integral representations of Stieltjes constants , Journal of Inequalities and Applications, 2013:532, pp. 1-10
  5. ^ a b c d e f g h Iaroslav V. Blagouchine. A theorem for the closed-form evaluation of the first generalized Stieltjes constant at rational arguments and some related summations Journal of Number Theory (Elsevier), vol. 148, pp. 537-592 and vol. 151, pp. 276-277, 2015. arXiv PDF
  6. ^ a b c d e f g Iaroslav V. Blagouchine. Expansions of generalized Euler's constants into the series of polynomials in π −2 and into the formal enveloping series with rational coefficients only Journal of Number Theory (Elsevier), vol. 158, pp. 365-396, 2016. Corrigendum: vol. 173, pp. 631-632, 2017. arXiv:1501.00740
  7. ^ Math StackExchange: A couple of definite integrals related to Stieltjes constants
  8. ^ GH Hardy. Note on Dr. Vacca's series for γ , QJ Pure Appl. Math. 43, pp. 215–216, 2012.
  9. ^ a b MI Israilov. On the Laurent decomposition of Riemann's zeta function [in Russian] . Trudy Mat. Inst. Akad. Nauk. SSSR, vol. 158, pp. 98-103, 1981.
  10. ^ Donal F. Connon Some applications of the Stieltjes constants , arXiv:0901.2083
  11. ^ Math StackExchange: A closed form for the series ...
  12. ^ Bruce C. Berndt. On the Hurwitz Zeta-function . Rocky Mountain Journal of Mathematics, vol. 2, no. 1, pp. 151-157, 1972.
  13. ^ AF Lavrik. On the main term of the divisor's problem and the power series of the Riemann's zeta function in a neighbourhood of its pole (in Russian).Trudy Mat. Inst. Akad. Nauk. SSSR, vol. 142, pp. 165-173, 1976.
  14. ^ Z. Nan-You and KS Williams. Some results on the generalized Stieltjes constants . Analysis, vol. 14, pp. 147-162, 1994.
  15. ^ Y. Matsuoka. Generalized Euler constants associated with the Riemann zeta function . Number Theory and Combinatorics: Japan 1984, World Scientific, Singapore, pp. 279-295, 1985
  16. ^ Y. Matsuoka. On the power series coefficients of the Riemann zeta function . Tokyo Journal of Mathematics, vol. 12, no. 1, pp. 49-58, 1989.
  17. ^ a b c Charles Knessl e Mark W. Coffey. An effective asymptotic formula for the Stieltjes constants . Math. Comp., vol. 80, no. 273, pp. 379-386, 2011.
  18. ^ Lazhar Fekih-Ahmed. A New Effective Asymptotic Formula for the Stieltjes Constants , arXiv:1407.5567
  19. ^ JB Keiper. Power series expansions of Riemann ζ-function . Math. Comp., vol. 58, no. 198, pp. 765-773, 1992.
  20. ^ Rick Kreminski. Newton-Cotes integration for approximating Stieltjes generalized Euler constants . Math. Comp., vol. 72, no. 243, pp. 1379-1397, 2003.
  21. ^ Simon Plouffe. Stieltjes Constants, from 0 to 78, 256 digits each
  22. ^ Fredrik Johansson. Rigorous high-precision computation of the Hurwitz zeta function and its derivatives , arXiv:1309.2877
  23. ^ a b Math StackExchange: Definite integral
  24. ^ Donal F. Connon New proofs of the duplication and multiplication formulae for the gamma and the Barnes double gamma functions , arXiv:0903.4539
  25. ^ a b c d Iaroslav V. Blagouchine Rediscovery of Malmsten's integrals, their evaluation by contour integration methods and some related results. The Ramanujan Journal, vol. 35, no. 1, pp. 21-110, 2014. Erratum-Addendum: vol. 42, pp. 777-781, 2017. PDF
  26. ^ V. Adamchik. A class of logarithmic integrals. Proceedings of the 1997 International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation, pp. 1-8, 1997.
  27. ^ Math StackExchange: evaluation of a particular integral
  28. ^ a b Mark W. Coffey Functional equations for the Stieltjes constants , arXiv:1402.3746
  29. ^ Donal F. Connon The difference between two Stieltjes constants , arXiv:0906.0277

Voci correlate

Collegamenti esterni

Matematica Portale Matematica : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di matematica