Функция
, представленный как
Matplotlib построить график с использованием версии метода
раскраски домена . В математике, серия Ламберта, названная в честь Иоганна Генриха Ламберта, представляет собой серию , имеющую вид
Его можно пересуммировать формально, расширив знаменатель:
, где коэффициенты нового ряда задаются сверткой Дирихле из n с постоянной функцией 1 (n) = 1:
Этот ряд можно инвертировать с помощью Möbius формула инверсии и является примером преобразования Мёбиуса.
Содержание
- 1 Примеры
- 2 Альтернативная форма
- 3 Текущее использование
- 4 Теоремы факторизации
- 5 Повторяющиеся отношения
- 6 Производные
- 7 См. Также
- 8 Ссылки
Примеры
Поскольку эта последняя сумма является типичной теоретико-числовой суммой, почти любая натуральная мультипликативная функция будет быть точно суммируемым при использовании в ряду Ламберта. Так, например, имеется
где - количество положительных делителей числа число n.
Для функций суммы делителей высшего порядка,
где - любое комплексное число и
- функция делителя.
Дополнительные серии Ламберта, относящиеся к предыдущей идентичности, включают те, которые для вариантов функции Мёбиуса, приведенных ниже
Связанные ряды Ламберта по функции Мебиуса включают следующие тождества для любого простого :
Доказательство первого тождества выше следует из многосекционного (или пополам) тождества этих производящих функций ряда Ламберта в следующем форма, где мы обозначаем как производящую функцию ряда Ламберта арифметической функции f:
Второй тождество в предыдущих уравнениях следует из того факта, что коэффициенты левой суммы равны
где функция является мультипликативным тождеством относительно операции свертки Дирихле арифметических функций.
Для функции Эйлера :
Для функции Фон Мангольдта :
Для функции Лиувилля :
с суммой справа, аналогичной тета-функции Рамануджана или тета-функции Якоби . Обратите внимание, что ряд Ламберта, в котором a n являются тригонометрическими функциями, например, a n = sin (2n x), можно оценивать различными комбинациями логарифмические производные тета-функций Якоби .
Вообще говоря, мы можем расширить предыдущее разложение производящей функции, позволив обозначают характеристическую функцию степеней, , для положительных натуральных чисел и определение обобщенной лямбда-функции m-Liou beville арифметическая функция, удовлетворяющая . Это определение явно подразумевает, что , что, в свою очередь, показывает, что
У нас также есть несколько более обобщенное разложение в ряд Ламберта, генерирующее функцию суммы квадратов в виде
В общем, если мы запишем ряд Ламберта по , который генерирует арифметические функции , следующие пары функций соответствуют другим хорошо известным сверткам, выраженным их производящими функциями ряда Ламберта в виде
где - мультипликативное тождество для свертки Дирихле, - это функция идентичности для мощности, обозначает характеристическую функцию для квадратов, который подсчитывает количество различных простых множителей (см. простая функция омега ), - функция Джордана, и - это функция делителя (см. свертки Дирихле ).
Традиционное использование буквы q в суммировании - это историческое употребление, относящееся к ее истокам в теории эллиптических кривых и тета-функций, как ном.
Альтернативная форма
Подставляя , получаем другую общую форму для ряда, как
где
как и раньше. Примеры ряда Ламберта в этой форме с встречаются в выражениях для дзета-функции Римана для нечетных целочисленных значений. ; см. Дзета-константы для получения подробной информации.
Текущее употребление
В литературе мы находим ряды Ламберта, применяемые к широкому спектру сумм. Например, поскольку - функция полилогарифма, мы можем ссылаться на любую сумму вида
как ряд Ламберта, предполагая, что параметры соответствующим образом ограничены. Таким образом,
, которое выполняется для всех комплексных q не на единичной окружности, считаться тождеством ряда Ламберта. Это тождество прямо следует из некоторых тождеств, опубликованных индийским математиком С. Рамануджан. Очень подробное исследование работ Рамануджана можно найти в работах Брюса Берндта.
Теоремы факторизации
Несколько более новая конструкция, недавно опубликованная в 2017–2018 годах, относится к так называемым теоремам факторизации рядов Ламберта форма
где - соответствующая сумма или разность ограниченных функций разделения , которые обозначают количество во всех разделах на четные (соответствующие лы, нечетное) количество отдельных частей. Пусть обозначают обратимую нижнюю треугольную последовательность, первые несколько значений которой показаны в таблице ниже.
n \ k | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
---|
1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
2 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
3 | -1 | -1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
4 | -1 | 0 | -1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
5 | -1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
6 | 0 | 0 | 1 | -1 | -1 | 1 | 0 | 0 |
7 | 0 | 0 | -1 | 0 | -1 | -1 | 1 | 0 |
8 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | -1 | -1 | 1 |
Другая характерная форма разложений теоремы факторизации в ряд Ламберта дается выражением
где - (бесконечное) символ q-Поххаммера. Обратимые матричные произведения в правой части предыдущего уравнения соответствуют обратным матричным произведениям, чьи нижние треугольные элементы заданы в терминах статистической суммы и функции Мёбиуса посредством
В следующей таблице перечислены первые несколько строк этих соответствующих обратных матриц.
n \ k | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
---|
1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
2 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
3 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
4 | 2 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
6 | 5 | 3 | 2 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0 |
7 | 10 | 7 | 5 | 3 | 2 | 1 | 1 | 0 |
8 | 12 | 9 | 6 | 4 | 3 | 2 | 1 | 1 |
Мы полагаем обозначают последовательность чередующихся пятиугольных чисел, т.е. так, что теорема о пятиугольных числах раскрывается в виде
Тогда для любого ряда Ламберта генерируя последовательность , у нас есть соответствующее отношение инверсии теоремы факторизации, расширенное выше, заданное формулой
Эта работа над теоремами факторизации рядов Ламберта расширена до более общих расширений формы
где - любая (связанная с разбиением) обратная производящая функция, - любая арифметическая функция, и где модифицированные коэффициенты расширяются на
Соответствующие обратные матрицы в приведенном выше разложении удовлетворяют условию
так, чтобы, как и в первом варианте теоремы факторизации Ламберта выше мы получаем соотношение обращения для правых коэффициентов вида
Отношения повторения
В этом разделе мы определяем следующие функции для натуральных чисел :
Мы также принимаем обозначения из предыдущего раздела, что
где - бесконечный символ q-Поххаммера. Тогда у нас есть следующие рекуррентные соотношения для включения этих функций и пятиугольных чисел, доказанных в:
Производные
Производные ряда Ламберта могут быть получены путем почленного дифференцирования ряда по . У нас есть следующие тождества для почтовых производных ряда Ламберта для любого
где треугольные коэффициенты в квадратных скобках в предыдущих уравнениях обозначают числа Стирлинга первого и второго видов. У нас также есть следующее тождество для извлечения индивидуальных коэффициентов членов, неявных для предыдущих разложений, заданных в форме
Теперь, если мы определим функции для любого по
где обозначает соглашение Айверсона, тогда у нас есть коэффициенты для производных ряда Ламберта, заданных как
Конечно, с помощью типичного аргумента, чисто операций с формальными степенными рядами, мы также имеем, что
См. Также
Ссылки
- Берри, Майкл В. (2010). Функции теории чисел. КЕМБРИДЖСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРЕСС. С. 637–641. ISBN 978-0-521-19225-5.
- Ламберт, Престон А. (1904). «Разложения алгебраических функций в особых точках». Proc. Am. Филос. Soc. 43 (176): 164–172. JSTOR 983503.
- 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, MR 0434929, Zbl 0335.10001
- , Энциклопедия математики, EMS Press, 2001 [1994]
- Вайсштейн, Эрик У. «Серия Ламберта». MathWorld.
- Шмидт, Макси Дион (2020-04-06). «Каталог интересных и полезных тождеств серии Ламберта». arXiv :2004.02976 [math.NT impression.