În matematică , Stieltjes constantele {\ Displaystyle \ gamma _ {n}} sunt coeficienții care apar în seria Laurent extinderea funcției zeta Riemann :
- {\ Displaystyle \ zeta (s) = {\ frac {1} {s-1}} + \ sum _ {n = 0} ^ {\ infty} {\ frac {(-1) ^ {n}} {n !}} \ gamma _ {n} \; (s-1) ^ {n}}.
Constanta {\ Displaystyle \ gamma _ {0} = \ gamma = 0.577 \ ldots} este cel mai bine cunoscut ca fiind constanta Euler-Mascheroni .
Reprezentări
Constantele Stieltjes sunt date de limita
- {\ Displaystyle \ gamma _ {n} = \ lim _ {m \ rightarrow \ infty} {\ stângă \ {\ sum _ {k = 1} ^ {m} {\ frac {(\ ln k) ^ {n} } {k}} - {\ frac {(\ ln m) ^ {n + 1}} {n + 1}} \ dreapta \}}}
in caz {\ displaystyle n = 0} , În primele apare însumare {\ displaystyle 0 ^ {0}} , Care este egal cu 1.
Formula lui Cauchy oferă o reprezentare integrală
- {\ Displaystyle \ gamma _ {n} = {\ frac {(-1) ^ {n} n} {2 \ pi}} \ int _ {0} ^ {2 \ pi} e ^ {- nix} \ zeta \ stânga (e ^ {ix} +1 \ dreapta) dx.}
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
- {\ Displaystyle \ gamma _ {n} = {\ frac {1} {2}} \ delta _ {n, 0} + {\ frac {1} {i}} \ int _ {0} ^ {\ infty} {\ frac {dx} {e ^ {2 \ pi x} -1}} \ left \ {{\ frac {(\ ln (1 ix)) ^ {n}} {1 ix}} - {\ frac {(\ ln (1 + ix)) ^ {n}} {1 + ix}} \ dreapta \} \ ,, \ prototipurilor \ quad n = 0,1,2, \ ldots}
unde este{\ Displaystyle \ delta _ {n, k}} este delta Kronecker . [5] [6] Mai mult decât atât, avem următoarele identități [1] [5] [7]
- {\ Displaystyle \ gamma _ {n} = - {\ frac {\ pi} {2 (n + 1)}} \ int _ {- \ infty} ^ {\ infty} {\ frac {\ stânga (\ ln \ stânga ({\ frac {1} {2}} \ pm ix \ dreapta) \ dreapta) ^ {n + 1}} {\ cosh ^ {2} \ pi x}} \ dx \ prototipurilor n = 0,1 , 2, \ ldots}
- {\ Displaystyle {\ begin {array} {l} \ displaystyle \ gamma _ {1} = - \ stânga [\ gamma - {\ frac {\ ln 2} {2}} \ right] \ ln 2 + i \ int _ {0} ^ {\ infty} {\ frac {dx} {e ^ {\ pi x} +1}} \ left \ {{\ frac {\ ln (1 ix)} {1 ix}} - {\ frac {\ ln (1 + ix)} {1 + ix}} \ dreapta \} \\ [6mm] \ displaystyle \ gamma _ {1} = - \ gamma ^ {2} - \ int _ {0} ^ {\ infty} \ stânga [{\ frac {1} {1-e ^ {- x}}} - {\ frac {1} {x}} \ right] e ^ {- x} \ ln x \, dx. \ end {array}}}
În ceea ce privește reprezentările serie, în 1912 Hardy [8] a constatat următoarele serii , în care partea întreagă apare o carte de logaritmi,
- {\ Displaystyle \ gamma _ {1} = {\ frac {\ ln 2} {2}} \ sum _ {k = 2} ^ {\ infty} {\ frac {(-1) ^ {k}} {k }} \ lfloor \ log _ {2} {k} \ rfloor \ cdot \ stânga (2 \ log _ {2} {k} - \ lfloor \ log _ {2} {2k} \ rfloor \ dreapta)}.
Israilov [9] a descoperit o serie de semi-convergente în ceea ce privește numerele Bernoulli {\ B_ displaystyle {2k}}
- {\ Displaystyle \ gamma _ {m} = \ sum _ {k = 1} ^ {n} {\ frac {(\ ln k) ^ {m}} {k}} - {\ frac {(\ ln n) ^ {m + 1}} {m + 1}} - {\ frac {(\ ln n) ^ {m}} {2n}} - \ sum _ {k = 1} ^ {N-1} {\ frac {B_ {2k}} {(2k)!}} \ stânga [{\ frac {(\ ln x) ^ {m}} {x}} \ right] _ {x = n} ^ {(-2k 1) } - \ theta \ cdot {\ frac {B_ {2N}} {! (2N)}} \ stânga [{\ frac {(\ ln x) ^ {m}} {x}} \ right] _ {x = n} ^ {(2N-1)} \ ,, \ prototipurilor 0 <\ theta <1}
Connon, [10] Blagouchine [6] și Coppo [1] în schimb furnizate mai multe serii implicând coeficienți binomice
- {\ Displaystyle {\ begin {array} {l} \ displaystyle \ gamma _ {m} = - {\ frac {1} {m + 1}} \ sum _ {n = 0} ^ {\ infty} {\ frac {1} {n + 1}} \ sum _ {k = 0} ^ {n} (- 1) ^ {k} {\ binom {n} {k}} (\ ln (k + 1)) ^ { m + 1} \\ [7mm] \ displaystyle \ gamma _ {m} = - {\ frac {1} {m + 1}} \ sum _ {n = 0} ^ {\ infty} {\ frac {1} {n + 2}} \ sum _ {k = 0} ^ {n} (- 1) ^ {k} {\ binom {n} {k}} {\ frac {(\ ln (k + 1)) ^ {m + 1}} {k + 1}} \\ [7mm] \ displaystyle \ gamma _ {m} = \ sum _ {n = 0} ^ {\ infty} \ left | G_ {n + 1} \ dreapta | \ sum _ {k = 0} ^ {n} (- 1) ^ {k} {\ binom {n} {k}} {\ frac {(\ ln (k + 1)) ^ {m}} { k + 1}} \ end {array}}}
unde este {\ G_ displaystyle {n}} sunt coeficienții Gregory , de asemenea , cunoscut sub numele de numere logaritmice reciproce ( {\ G_ displaystyle {1} = + 1/2} , {\ G_ displaystyle {2} = - 1/12} , {\ G_ displaystyle {3} = + 1/24} ,{\ G_ displaystyle {4} = - 19/720} , ...). Oloa și Tauraso [11] a arătat că anumite serii cu numere armonice duce la constantele Stieltjes
- {\ Displaystyle {\ begin {array} {l} \ displaystyle \ sum _ {n = 1} ^ {\ infty} {\ frac {H_ {n} - (\ gamma + \ ln n)} {n}} = - \ gamma _ {1} - {\ frac {1} {2}} \ gamma ^ {2} + {\ frac {1} {12}} \ pi ^ {2} \\ [6mm] \ displaystyle \ sum _ {n = 1} ^ {\ infty} {\ frac {H_ {n} ^ {2} - (\ gamma + \ ln n) ^ {2}} {n}} = - \ gamma _ {2} - 2 \ gamma \ gamma _ {1} - {\ frac {2} {3}} \ gamma ^ {3} + {\ frac {5} {3}} \ zeta (3) \ end {array}}}
Blagouchine [6] a obținut o serie converge lent în care numerele Stirling de primul tip unsigned apar {\ Displaystyle \ stânga [{\ cdot \ vârful \ cdot} \ right]}
- {\ Displaystyle \ gamma _ {m} = {\ frac {1} {2}} \ delta _ {m, 0} + {\ frac {(-1) ^ {m} m!} {\ Pi}} \ sum _ {n = 1} ^ {\ infty} {! \ frac {1} {n \ cdot n}} \ sum _ {k = 0} ^ {\ lfloor n / 2 \ rfloor} {\ frac {(- 1) ^ {k} \ cdot \ stânga [{2k + 2 \ vârful m + 1} \ dreapta] \ cdot \ stânga [{n \ vârful 2k + 1} \ right]} {(2 \ pi) ^ {2k +1}}} \ ,, \ prototipurilor m = 0,1,2, ...,}
împreună cu o serie de semi-convergente cu termeni raționali numai
- {\ Displaystyle \ gamma _ {m} = {\ frac {1} {2}} \ delta _ {m, 0} +! (- 1) ^ {m} m \ cdot \ sum _ {k = 1} ^ {N} {\ frac {\ stânga [{2k \ vârful m + 1} \ right] \ cdot B_ {2k}} {(2k)!}} + \ theta \ cdot {\ frac {(-1) ^ { m} m! \ cdot \ stânga [{2N + 2 \ vârful m + 1} \ right] \ cdot B_ {2N + 2}} {(2N + 2)!}} \ prototipurilor 0 <\ theta <1, }
unde este {\ Displaystyle M = 0,1,2, \ ldots} . În special, seria de primă constantă Stieltjes' are o formă extrem de simplu
- {\ Displaystyle \ gamma _ {1} = - {\ frac {1} {2}} \ sum _ {k = 1} ^ {N} {\ frac {B_ {2k} \ cdot H_ {2k-1}} {k}} + \ theta \ cdot {\ frac {B_ {2N + 2} \ cdot H_ {2N + 1}} {2N + 2}}, \ prototipurilor 0 <\ theta <1}
unde este {\ Displaystyle H_ {n}} este {\ displaystyle n} -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
- {\ Displaystyle | \ gamma _ {n} |! \ Leq {\ begin {cazuri} \ displaystyle {\ frac {2 (n-1)} {\ pi ^ {n}}} \ ,, \ prototipurilor & n = 1, 3,5, \ ldots \\ [3mm] \ displaystyle {\ frac {4 (n-1)!} {\ Pi ^ {n}}} \ ,, \ prototipurilor & n = 2,4,6, \ ldots \ end {cazuri}}}
descoperit de Berndt in 1972. [12] Cele mai bune estimări în ceea ce privește funcțiile elementare au fost obținute prin Lavrik [13]
- {\ Displaystyle | \ gamma _ {n} |! \ Leq {\ frac {n} {2 ^ {n + 1}}}, \ n prototipurilor ldots = 1,2,3, \}
și prin Israilov [9]
- {\ Displaystyle | \ gamma _ {n} |! \ Leq {\ frac {n C (k)} {(2k) ^ {n}}}, \ n prototipurilor ldots = 1,2,3, \}
cu{\ Displaystyle k = 1,2, \ ldots} Și {\ Displaystyle C (1) = 1/2} , {\ Displaystyle C (2) = 7/12} , ...; Nan-Tu și Williams [14]
- {\ Displaystyle | \ gamma _ {n} | \ leq {\ begin {cazuri} \ displaystyle {\ frac {2 (2n)} {n ^ {n + 1} (2 \ pi) ^ {n}}}! \ ,, \ prototipurilor & n = 1,3,5, \ ldots \\ [4mm] \ displaystyle {\ frac {4 (2n)!} {n ^ {n + 1} (2 \ pi) ^ {n} }} \ ,, \ prototipurilor & n = 2,4,6, \ ldots \ end {cazuri}}}
și , de asemenea , prin Blagouchine [6]
- {\ Displaystyle {\ begin {array} {ll} \ displaystyle - {\ frac {{\ big |} {B} _ {m + 1} {\ mare |}} {m + 1}} <\ gamma _ { m} <{\ frac {(3m + 8) \ cdot {\ mare |} {B} _ {m + 3} {\ mare |}} {24}} - {\ frac {{\ big |} {B } _ {m + 1} {\ big |}} {m + 1}}, & m = 1,5,9, \ ldots \\ [12pt] \ displaystyle {\ frac {{\ mare |} B_ {m + 1} {\ mare |}} {m + 1}} - {\ frac {(3m + 8) \ cdot {\ mare |} B_ {m + 3} {\ mare |}} {24}} <\ gamma _ {m} <{\ frac {{\ mare |} {B} _ {m + 1} {\ big |}} {m + 1}}, & m = 3,7,11, \ ldots \\ [12pt] \ displaystyle - {\ frac {{\ big |} {B} _ {m + 2} {\ mare |}} {2}} <\ gamma _ {m} <{\ frac {(m + 3 ) (m + 4) \ cdot {\ mare |} {B} _ {m + 4} {\ mare |}} {48}} - {\ frac {{\ mare |} B_ {m + 2} {\ mare |}} {2}}, \ prototipurilor & m = 2,6,10, \ ldots \\ [12pt] \ displaystyle {\ frac {{\ big |} {B} _ {m + 2} {\ mare |}} {2}} - {\ frac {(m + 3) (m + 4) \ cdot {\ mare |} {B} _ {m + 4} {\ mare |}} {48}} <\ gamma _ {m} <{\ frac {{\ big |} {} _ {m + 2} {\ big B |}} {2}}, & m = 4,8,12, \ end ldots \\\ {array}}}
unde este {\ displaystyle B_ {n}} sunt numerele Bernoulli . În cele din urmă , avem următoarea estimare a Matsuoka [15] [16]
- {\ Displaystyle | \ gamma _ {n} | <10 ^ {- 4} e ^ {n \ ln \ ln n} \ ,, \ prototipurilor n = 5,6,7, \ ldots}
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 {\ displaystyle n} Grozav. [17] Dacă {\ displaystyle v} este soluția unică
- {\ Displaystyle 2 \ pi \ exp (v \ v tan) = n {\ frac {\ cos (v)} {v}}}
cu {\ Displaystyle 0 <v <\ pi / 2} , si daca {\ Displaystyle u = v \ v tan} , asa de
- {\ Displaystyle \ gamma _ {n} \ sim {\ frac {B} {\ sqrt {n}}} {e ^ nA} \ cos (un + b)}
unde este
- {\ Displaystyle A = {\ frac {1} {2}} \ ln (u ^ {2} + v ^ {2}) - {\ frac {u} {u ^ {2} + v ^ {2}} }}
- {\ Displaystyle B = {\ frac {2 {\ sqrt {2 \ pi}} {\ sqrt {u ^ {2} + v ^ {2}}}} {[(u + 1) ^ {2} + v ^ {2}] ^ {1/4}}}}
- {\ Displaystyle a = \ tan ^ {- 1} \ stânga ({\ frac {v} {u}} \ dreapta) + {\ frac {v} {u ^ {2} + v ^ {2}}}}
- {\ Displaystyle b = \ tan ^ {- 1} \ stânga ({\ frac {v} {u}} \ dreapta) - {\ frac {1} {2}} \ stânga ({\ frac {v} {u +1}} \ dreapta).}
Până la {\ N displaystyle = 100000} , Apropierea Knessl-Coffey a prezis corect semnul {\ Displaystyle \ gamma _ {n}} , Cu singura excepție {\ N displaystyle = 137} . [17]
valorile numerice
Primele valori ale {\ Displaystyle \ gamma _ {n}} Sunt:
{\ displaystyle n} | Valoarea aproximativă {\ Displaystyle \ gamma _ {n}} | 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 {\ displaystyle n} 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 {\ N displaystyle = 100000} , 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 {\ Displaystyle \ gamma _ {n} (a)} care apare în Laurent e serie de funcții zeta Hurwitz lui :
- {\ Displaystyle \ zeta (s, a) = {\ frac {1} {s-1}} + \ sum _ {n = 0} ^ {\ infty} {\ frac {(-1) ^ {n}} {n!}} \ gamma _ {n} (a) (s-1) ^ {n}}
unde este {\ displaystyle a} este un număr complex cu {\ Displaystyle \ operatorname {Re} (a)> 0} . Deoarece funcția zeta Hurwitz este o generalizare a funcției zeta Riemann, avem că {\ Displaystyle \ gamma _ {n} (1) = \ gamma _ {n}} . Constanta cu {\ displaystyle n = 0} este pur și simplu funcția digamma{\ Displaystyle \ gamma _ {0} (a) = - \ psi (a)} , [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
- {\ Displaystyle \ gamma _ {n} (a) = \ lim _ {m \ la \ infty} \ din stânga \ {\ sum _ {k = 0} ^ {m} {\ frac {(\ ln (k + un )) ^ {n}} {+ a}} k - {\ frac {(\ ln (m + a)) ^ {n + 1}} {n + 1}} \ dreapta \} \ prototipurilor {\ începe {array} {l} n = 0,1,2, \ ldots \\ [1mm] a \ neq 0, -1, -2, \ ldots \ end {array}}}
ca urmare a Berndt și Wilton. Analogul pentru constantele Stieltjes generalizate cu formula Jensen-Franel este Hermite formula [5]
- {\ Displaystyle \ gamma _ {n} (a) = \ stânga [{\ frac {1} {2a}} - {\ frac {\ ln {a}} {n + 1}} \ right] (\ ln o ) ^ {n} -i \ int _ {0} ^ {\ infty} {\ frac {dx} {e ^ {2 \ pi x} -1}} \ left \ {{\ frac {(\ ln (a -ix)) ^ {n}} {a-ix}} - {\ frac {(\ ln (a + ix)) ^ {n}} {a + ix}} \ dreapta \} \ prototipurilor {\ începe {array} {l} n = 0,1,2, \ ldots \\ [1mm] a \ neq 0, -1, -2, \ ldots \ end {array}}}
Constantele Stieltjes generalizate satisfac următoarea relație recursiv
- {\ Displaystyle \ gamma _ {n} (a + 1) = \ gamma _ {n} (a) - {\ frac {(\ ln a) ^ {n}} {a}} \ ,, \ prototipurilor {\ begin {array} {l} n = 0,1,2, \ ldots \\ [1mm] a \ neq 0, -1, -2, \ ldots \ end {array}}}
precum teorema de multiplicare
- {\ Displaystyle \ sum _ {l = 0} ^ {n-1} \ gamma _ {p} \ stânga (a + {\ frac {l} {n}} \ dreapta) = (- 1) ^ {p} n \ stânga [{\ frac {\ ln n} {p + 1}} - \ Psi (o) \ right] (\ ln n) ^ {p} + n \ sum _ {r = 0} ^ {p- 1} (- 1) ^ {r} {\ binom {p} {r}} \ gamma _ {} pr (o) \ cdot (\ ln n) ^ {r} \ ,, \ prototipurilor \ prototipurilor n = 2 , 3,4, \ ldots}
unde este {\ Displaystyle {\ binom {p} {r}}} 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
- {\ Displaystyle \ gamma _ {1} {\ biggl (} {\ frac {m} {n}} {\ biggr)} - \ gamma _ {1} {\ biggl (} 1 - {\ frac {m} { n}} {\ biggr)} = 2 \ pi \ sum _ {l = 1} ^ {n-1} \ păcat {\ frac {2 \ pi ml} {n}} \ cdot \ ln \ Gamma {\ biggl (} {\ frac {l} {n}} {\ biggr)} - \ pi (\ gamma + \ ln 2 \ pi n) \ cot {\ frac {m \ pi} {n}}}
unde este {\ displaystyle m} Și {\ displaystyle n} sunt două numere întregi pozitive astfel încât {\ Displaystyle m <n} . 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]
- {\ Displaystyle {\ begin {array} {ll} \ displaystyle \ gamma _ {1} {\ biggl (} {\ frac {r} {m}} {\ biggr)} = & \ displaystyle \ gamma _ {1} + \ gamma ^ {2} + \ gamma \ ln 2 \ pi m + \ ln 2 \ pi \ cdot \ ln {m} + {\ frac {1} {2}} (\ ln m) ^ {2} + (\ gamma + \ ln 2 \ m pi) \ cdot \ Psi \ stânga ({\ frac {r} {m}} \ dreapta) \\ [5mm] \ displaystyle & \ displaystyle \ prototipurilor + \ pi \ sum _ { l = 1} ^ {m-1} \ păcat {\ frac {2 \ pi rl} {m}} \ cdot \ ln \ Gamma {\ biggl (} {\ frac {l} {m}} {\ biggr) } + \ sum _ {l = 1} ^ {m-1} \ cos {\ frac {2 \ pi rl} {m}} \ cdot \ zeta '' \ stânga (0, {\ frac {l} {m }} \ dreapta) \ end {array}} \ ,, \ prototipurilor \ quad r = 1,2,3, \ ldots, m-1.}
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:
- {\ Displaystyle {\ begin {array} {ll} \ displaystyle \ sum _ {r = 0} ^ {m-1} \ gamma _ {1} \ stânga (a + {\ frac {r} {m}} \ dreapta) = m \ ln {m} \ cdot \ Psi (am) - {\ frac {m} {2}} (\ ln m) ^ {2} + m \ gamma _ {1} (am) \ ,, \ prototipurilor o \ în \ mathbb {C} \\ [6mm] \ displaystyle \ sum _ {r = 1} ^ {m-1} \ gamma _ {1} \ stânga ({\ frac {r} {m}} \ dreapta) = (m-1) \ gamma _ {1} -M \ gamma \ ln {m} - {\ frac {m} {2}} (\ ln m) ^ {2} \\ [6mm] \ displaystyle \ sum _ {r = 1} ^ {2m-1} (- 1) ^ {r} \ gamma _ {1} {\ biggl (} {\ frac {r} {2m}} {\ biggr)} = - \ gamma _ {1} + m (2 \ gamma + \ ln 2 + 2 \ ln m) \ ln 2 \\ [6mm] \ displaystyle \ sum _ {r = 0} ^ {2m-1} (- 1 ) ^ {r} \ gamma _ {1} {\ biggl (} {\ frac {2r + 1} {4m}} {\ biggr)} = m \ stângă \ {4 \ pi \ ln \ Gamma {\ biggl ( } {\ frac {1} {4}} {\ biggr)} - \ pi {\ mare (} 4 \ ln 2 + 3 \ ln \ pi + \ ln m + \ gamma {\ mare)} \ dreapta \} \\ [6mm] \ displaystyle \ sum _ {r = 1} ^ {m-1} \ gamma _ {1} {\ biggl (} {\ frac {r} {m}} {\ biggr)} \ cdot \ cos {\ dfrac {2 \ pi rk} {m}} = - \ gamma _ {1} + m (\ gamma + \ ln 2 \ pi m) \ ln \ stânga (2 \ păcat {\ frac {k \ pi } {m}} \ dreapta) + {\ frac {m} {2}} \ stângă \ {\ zeta '' \ stânga (0, {\ frac {k} {m}} \ dreapta) + \ zeta '' \ stânga (0,1 - {\ frac {k} {m}} \ dreapta) \ drept \} \ ,, \ prototipurilor k = 1,2, \ ld OTS, m-1 \\ [6mm] \ displaystyle \ sum _ {r = 1} ^ {m-1} \ gamma _ {1} {\ biggl (} {\ frac {r} {m}} {\ biggr )} \ cdot \ păcat {\ dfrac {2 \ pi rk} {m}} = {\ frac {\ pi} {2}} (\ gamma + \ ln 2 \ pi m) (2k-m) - {\ frac {\ pi m} {2}} \ stângă \ {\ ln \ pi - \ ln \ păcat {\ frac {k \ pi} {m}} \ dreapta \} + m \ pi \ ln \ Gamma {\ biggl (} {\ frac {k} {m}} {\ biggr)} \ ,, \ prototipurilor k = 1,2, \ ldots, m-1 \\ [6mm] \ displaystyle \ sum _ {r = 1} ^ {m-1} \ gamma _ {1} {\ biggl (} {\ frac {r} {m}} {\ biggr)} \ cdot \ pătuţ {\ frac {\ pi r} {m}} = \ displaystyle {\ frac {\ pi} {6}} {\ Big \ {} (1-m) (m-2) \ gamma +2 (m ^ {2} -1) \ ln 2 \ pi - (m ^ { 2} +2) \ ln {m} {\ Big \}} - 2 \ pi \ sum _ {l = 1} ^ {m-1} l \ cdot \ ln \ Gamma \ stânga ({\ frac {l} {m}} \ dreapta) \\ [6mm] \ displaystyle \ sum _ {r = 1} ^ {m-1} {\ frac {r} {m}} \ cdot \ gamma _ {1} {\ biggl ( } {\ frac {r} {m}} {\ biggr)} = {\ frac {1} {2}} \ din stânga \ {(m-1) \ gamma _ {1} -M \ gamma \ ln {m } - {\ frac {m} {2}} (\ ln m) ^ {2} \ dreapta \} - {\ frac {\ pi} {2m}} (\ gamma + \ ln 2 \ pi m) \ sum _ {l = 1} ^ {m-1} l \ cdot \ pătuţ {\ frac {\ pi l} {m}} - {\ frac {\ pi} {2}} \ sum _ {l = 1} ^ pat copii {m-1} \ {\ frac {\ pi l} {m}} \ cdot \ ln \ Gamma {\ biggl (} {\ frac {l} {m}} {\ biggr)} \ end {array} }}
Pentru detalii suplimentare si însumări, vezi [5] [25] .
- Unele valori particulare: Unele valori particulare ale {\ Displaystyle \ gamma _ {1} (a)} cu {\ displaystyle a} rațional pot fi urmărite înapoi la funcția gamma , prima constanta Stieltjes și unele funcții elementare. De exemplu,
- {\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {1}{2}}\right)=-2\gamma \ln 2-(\ln 2)^{2}+\gamma _{1}=-1,353459680\ldots }
I valori della prima costante di Stieltjes generalizzata nei punti {\displaystyle 1/4} , {\displaystyle 3/4} e {\displaystyle 1/3} furono ottenuti indipendentemente da Connon [29] e Blagouchine [25]
- {\displaystyle {\begin{array}{l}\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {1}{4}}\right)=2\pi \ln \Gamma \left({\frac {1}{4}}\right)-{\frac {3\pi }{2}}\ln \pi -{\frac {7}{2}}(\ln 2)^{2}-(3\gamma +2\pi )\ln 2-{\frac {\gamma \pi }{2}}+\gamma _{1}=-5,518076350\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {3}{4}}\right)=-2\pi \ln \Gamma \left({\frac {1}{4}}\right)+{\frac {3\pi }{2}}\ln \pi -{\frac {7}{2}}(\ln 2)^{2}-(3\gamma -2\pi )\ln 2+{\frac {\gamma \pi }{2}}+\gamma _{1}=-0,3912989024\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {1}{3}}\right)=-{\frac {3\gamma }{2}}\ln 3-{\frac {3}{4}}(\ln 3)^{2}+{\frac {\pi }{4{\sqrt {3}}}}\left\{\ln 3-8\ln 2\pi -2\gamma +12\ln \Gamma \left({\frac {1}{3}}\right)\right\}+\gamma _{1}=-3,259557515\ldots \end{array}}}
Nei punti {\displaystyle 2/3} , {\displaystyle 1/6} e {\displaystyle 5/6}
- {\displaystyle {\begin{array}{l}\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {2}{3}}\right)=-{\frac {3\gamma }{2}}\ln 3-{\frac {3}{4}}(\ln 3)^{2}-{\frac {\pi }{4{\sqrt {3}}}}\left\{\ln 3-8\ln 2\pi -2\gamma +12\ln \Gamma \left({\frac {1}{3}}\right)\right\}+\gamma _{1}=-0,5989062842\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {1}{6}}\right)=-{\frac {3\gamma }{2}}\ln 3-{\frac {3}{4}}(\ln 3)^{2}-(\ln 2)^{2}-(3\ln 3+2\gamma )\ln 2+{\frac {3\pi {\sqrt {3}}}{2}}\ln \Gamma \left({\frac {1}{6}}\right)\\[5mm]\displaystyle \qquad \qquad \quad -{\frac {\pi }{2{\sqrt {3}}}}\left\{3\ln 3+11\ln 2+{\frac {15}{2}}\ln \pi +3\gamma \right\}+\gamma _{1}=-10,74258252\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {5}{6}}\right)=-{\frac {3\gamma }{2}}\ln 3-{\frac {3}{4}}(\ln 3)^{2}-(\ln 2)^{2}-(3\ln 3+2\gamma )\ln 2-{\frac {3\pi {\sqrt {3}}}{2}}\ln \Gamma \left({\frac {1}{6}}\right)\\[6mm]\displaystyle \qquad \qquad \quad +{\frac {\pi }{2{\sqrt {3}}}}\left\{3\ln 3+11\ln 2+{\frac {15}{2}}\ln \pi +3\gamma \right\}+\gamma _{1}=-0,2461690038\ldots \end{array}}}
Questi valori sono stati calcolati da Blagouchine. [25] Sono dovute allo stesso autore anche le seguenti identità
- {\displaystyle {\begin{array}{ll}\displaystyle \gamma _{1}{\biggl (}{\frac {1}{5}}{\biggr )}=&\displaystyle \gamma _{1}+{\frac {\sqrt {5}}{2}}\left\{\zeta ''\left(0,{\frac {1}{5}}\right)+\zeta ''\left(0,{\frac {4}{5}}\right)\right\}+{\frac {\pi {\sqrt {10+2{\sqrt {5}}}}}{2}}\ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{5}}{\biggr )}\\[5mm]&\displaystyle +{\frac {\pi {\sqrt {10-2{\sqrt {5}}}}}{2}}\ln \Gamma {\biggl (}{\frac {2}{5}}{\biggr )}+\left\{{\frac {\sqrt {5}}{2}}\ln {2}-{\frac {\sqrt {5}}{2}}\ln {\big (}1+{\sqrt {5}}{\big )}-{\frac {5}{4}}\ln 5-{\frac {\pi {\sqrt {25+10{\sqrt {5}}}}}{10}}\right\}\cdot \gamma \\[5mm]&\displaystyle -{\frac {\sqrt {5}}{2}}\left\{\ln 2+\ln 5+\ln \pi +{\frac {\pi {\sqrt {25-10{\sqrt {5}}}}}{10}}\right\}\cdot \ln {\big (}1+{\sqrt {5}})+{\frac {\sqrt {5}}{2}}(\ln 2)^{2}+{\frac {{\sqrt {5}}{\big (}1-{\sqrt {5}}{\big )}}{8}}(\ln 5)^{2}\\[5mm]&\displaystyle +{\frac {3{\sqrt {5}}}{4}}\ln 2\cdot \ln 5+{\frac {\sqrt {5}}{2}}\ln 2\cdot \ln \pi +{\frac {\sqrt {5}}{4}}\ln 5\cdot \ln \pi -{\frac {\pi {\big (}2{\sqrt {25+10{\sqrt {5}}}}+5{\sqrt {25+2{\sqrt {5}}}}{\big )}}{20}}\ln 2\\[5mm]&\displaystyle -{\frac {\pi {\big (}4{\sqrt {25+10{\sqrt {5}}}}-5{\sqrt {5+2{\sqrt {5}}}}{\big )}}{40}}\ln 5-{\frac {\pi {\big (}5{\sqrt {5+2{\sqrt {5}}}}+{\sqrt {25+10{\sqrt {5}}}}{\big )}}{10}}\ln \pi \\[5mm]&\displaystyle =-8,030205511\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}{\biggl (}{\frac {1}{8}}{\biggr )}=&\displaystyle \gamma _{1}+{\sqrt {2}}\left\{\zeta ''\left(0,{\frac {1}{8}}\right)+\zeta ''\left(0,{\frac {7}{8}}\right)\right\}+2\pi {\sqrt {2}}\ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{8}}{\biggr )}-\pi {\sqrt {2}}{\big (}1-{\sqrt {2}}{\big )}\ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{4}}{\biggr )}\\[5mm]&\displaystyle -\left\{{\frac {1+{\sqrt {2}}}{2}}\pi +4\ln {2}+{\sqrt {2}}\ln {\big (}1+{\sqrt {2}}{\big )}\right\}\cdot \gamma -{\frac {1}{\sqrt {2}}}{\big (}\pi +8\ln 2+2\ln \pi {\big )}\cdot \ln {\big (}1+{\sqrt {2}})\\[5mm]&\displaystyle -{\frac {7{\big (}4-{\sqrt {2}}{\big )}}{4}}(\ln 2)^{2}+{\frac {1}{\sqrt {2}}}\ln 2\cdot \ln \pi -{\frac {\pi {\big (}10+11{\sqrt {2}}{\big )}}{4}}\ln 2-{\frac {\pi {\big (}3+2{\sqrt {2}}{\big )}}{2}}\ln \pi \\[5mm]&\displaystyle =-16,64171976\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}{\biggl (}{\frac {1}{12}}{\biggr )}=&\displaystyle \gamma _{1}+{\sqrt {3}}\left\{\zeta ''\left(0,{\frac {1}{12}}\right)+\zeta ''\left(0,{\frac {11}{12}}\right)\right\}+4\pi \ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{4}}{\biggr )}+3\pi {\sqrt {3}}\ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{3}}{\biggr )}\\[5mm]&\displaystyle -\left\{{\frac {2+{\sqrt {3}}}{2}}\pi +{\frac {3}{2}}\ln 3-{\sqrt {3}}(1-{\sqrt {3}})\ln {2}+2{\sqrt {3}}\ln {\big (}1+{\sqrt {3}}{\big )}\right\}\cdot \gamma \\[5mm]&\displaystyle -2{\sqrt {3}}{\big (}3\ln 2+\ln 3+\ln \pi {\big )}\cdot \ln {\big (}1+{\sqrt {3}})-{\frac {7-6{\sqrt {3}}}{2}}(\ln 2)^{2}-{\frac {3}{4}}(\ln 3)^{2}\\[5mm]&\displaystyle +{\frac {3{\sqrt {3}}(1-{\sqrt {3}})}{2}}\ln 3\cdot \ln 2+{\sqrt {3}}\ln 2\cdot \ln \pi -{\frac {\pi {\big (}17+8{\sqrt {3}}{\big )}}{2{\sqrt {3}}}}\ln 2\\[5mm]&\displaystyle +{\frac {\pi {\big (}1-{\sqrt {3}}{\big )}{\sqrt {3}}}{4}}\ln 3-\pi {\sqrt {3}}(2+{\sqrt {3}})\ln \pi =-29,84287823\ldots \end{array}}}
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 {\displaystyle \gamma _{2}(a)} con {\displaystyle a} razionale e {\displaystyle r=1,2,3,\ldots ,m-1,} attraverso la seguente formula [5]
- {\displaystyle {\begin{array}{rl}\displaystyle \gamma _{2}{\biggl (}{\frac {r}{m}}{\biggr )}=\gamma _{2}+{\frac {2}{3}}\sum _{l=1}^{m-1}\cos {\frac {2\pi rl}{m}}\cdot \zeta '''\left(0,{\frac {l}{m}}\right)-2(\gamma +\ln 2\pi m)\sum _{l=1}^{m-1}\cos {\frac {2\pi rl}{m}}\cdot \zeta ''\left(0,{\frac {l}{m}}\right)\\[6mm]\displaystyle \quad +\pi \sum _{l=1}^{m-1}\sin {\frac {2\pi rl}{m}}\cdot \zeta ''\left(0,{\frac {l}{m}}\right)-2\pi (\gamma +\ln 2\pi m)\sum _{l=1}^{m-1}\sin {\frac {2\pi rl}{m}}\cdot \ln \Gamma {\biggl (}{\frac {l}{m}}{\biggr )}-2\gamma _{1}\ln {m}\\[6mm]\displaystyle \quad -\gamma ^{3}-\left[(\gamma +\ln 2\pi m)^{2}-{\frac {\pi ^{2}}{12}}\right]\cdot \Psi {\biggl (}{\frac {r}{m}}{\biggr )}+{\frac {\pi ^{3}}{12}}\cot {\frac {\pi r}{m}}-\gamma ^{2}\ln {\big (}4\pi ^{2}m^{3}{\big )}+{\frac {\pi ^{2}}{12}}(\gamma +\ln {m})\\[6mm]\displaystyle \quad -\gamma {\big (}(\ln 2\pi )^{2}+4\ln m\cdot \ln 2\pi +2(\ln m)^{2}{\big )}-\left\{(\ln 2\pi )^{2}+2\ln 2\pi \cdot \ln m+{\frac {2}{3}}(\ln m)^{2}\right\}\ln m.\end{array}}}
Un risultato equivalente fu ottenuto successivamente da Coffey per mezzo di un altro metodo. [28]
Note
- ^ a b c Marc-Antoine Coppo. Nouvelles expressions des constantes de Stieltjes . Expositiones Mathematicae, vol. 17, pp. 349-358, 1999.
- ^ a b Mark W. Coffey. Series representations for the Stieltjes constants , arXiv:0905.1111
- ^ a b Mark W. Coffey. Addison-type series representation for the Stieltjes constants . J. Number Theory, vol. 130, pp. 2049-2064, 2010.
- ^ Junesang Choi. Certain integral representations of Stieltjes constants , Journal of Inequalities and Applications, 2013:532, pp. 1-10
- ^ 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
- ^ 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
- ^ Math StackExchange: A couple of definite integrals related to Stieltjes constants
- ^ GH Hardy. Note on Dr. Vacca's series for γ , QJ Pure Appl. Math. 43, pp. 215–216, 2012.
- ^ 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.
- ^ Donal F. Connon Some applications of the Stieltjes constants , arXiv:0901.2083
- ^ Math StackExchange: A closed form for the series ...
- ^ Bruce C. Berndt. On the Hurwitz Zeta-function . Rocky Mountain Journal of Mathematics, vol. 2, no. 1, pp. 151-157, 1972.
- ^ 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.
- ^ Z. Nan-You and KS Williams. Some results on the generalized Stieltjes constants . Analysis, vol. 14, pp. 147-162, 1994.
- ^ Y. Matsuoka. Generalized Euler constants associated with the Riemann zeta function . Number Theory and Combinatorics: Japan 1984, World Scientific, Singapore, pp. 279-295, 1985
- ^ Y. Matsuoka. On the power series coefficients of the Riemann zeta function . Tokyo Journal of Mathematics, vol. 12, no. 1, pp. 49-58, 1989.
- ^ 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.
- ^ Lazhar Fekih-Ahmed. A New Effective Asymptotic Formula for the Stieltjes Constants , arXiv:1407.5567
- ^ JB Keiper. Power series expansions of Riemann ζ-function . Math. Comp., vol. 58, no. 198, pp. 765-773, 1992.
- ^ Rick Kreminski. Newton-Cotes integration for approximating Stieltjes generalized Euler constants . Math. Comp., vol. 72, no. 243, pp. 1379-1397, 2003.
- ^ Simon Plouffe. Stieltjes Constants, from 0 to 78, 256 digits each
- ^ Fredrik Johansson. Rigorous high-precision computation of the Hurwitz zeta function and its derivatives , arXiv:1309.2877
- ^ a b Math StackExchange: Definite integral
- ^ Donal F. Connon New proofs of the duplication and multiplication formulae for the gamma and the Barnes double gamma functions , arXiv:0903.4539
- ^ 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
- ^ V. Adamchik. A class of logarithmic integrals. Proceedings of the 1997 International Symposium on Symbolic and Algebraic Computation, pp. 1-8, 1997.
- ^ Math StackExchange: evaluation of a particular integral
- ^ a b Mark W. Coffey Functional equations for the Stieltjes constants , arXiv:1402.3746
- ^ Donal F. Connon The difference between two Stieltjes constants , arXiv:0906.0277
Voci correlate
Collegamenti esterni