今回は,
non-terminating Whippleの変換公式
\begin{align}
&\F76{a,1+\frac a2,b,c,d,e,f}{\frac a2,1+a-b,1+a-c,1+a-d,1+a-e,1+a-f}1\\
&=\frac{\Gamma(1+a-d)\Gamma(1+a-e)\Gamma(1+a-f)\Gamma(1+a-d-e-f)}{\Gamma(1+a)\Gamma(1+a-d-e)\Gamma(1+a-d-f)\Gamma(1+a-e-f)}\F43{1+a-b-c,d,e,f}{1+a-b,1+a-c,d+e+f-a}{1}\\
&\qquad+\frac{\Gamma(1+a-b)\Gamma(1+a-c)\Gamma(1+a-d)\Gamma(1+a-e)\Gamma(1+a-f)\Gamma(d+e+f-a-1)\Gamma(2+2a-b-c-d-e-f)}{\Gamma(d)\Gamma(e)\Gamma(f)\Gamma(1+a)\Gamma(1+a-b-c)\Gamma(2+2a-b-d-e-f)\Gamma(2+2a-c-d-e-f)}\\
&\qquad\qquad\cdot \F43{2+2a-b-c-d-e-f,1+a-d-e,1+a-d-f,1+a-e-f}{2+2a-b-d-e-f,2+2a-c-d-e-f,2+a-d-e-f}1
\end{align}
の片方の${}_4F_3$がDixonの和公式で総和できる場合についてまとめたいと思う. ${}_7F_6$の二項変換公式があることを考えれば, 右辺の第2項の${}_4F_3$がDixonの和公式で総和できる場合のみを考えれば十分である.
まず, non-terminating Whippleの変換公式
\begin{align}
c=a-b, d=1+a+b-2f, e=1+2a-b-2f
\end{align}
とした場合, 右辺第2項の${}_4F_3$は
\begin{align}
\F32{4f-2a-1,f-b,b-a+f}{b-2a+3f,3f-a-b}1
\end{align}
となり, Dixonの和公式で総和できる. 得られる結果は以下のようになる.
\begin{align} &\F76{a,1+\frac a2,b,a-b,1+a+b-2f,1+2a-b-2f,f}{\frac a2,1+a-b,b+1,2f-b,b-a+2f,1+a-f}{1}\\ &=\frac{\Gamma(2f-b)\Gamma(b-a+2f)\Gamma(1+a-f)\Gamma(3f-2a-1)}{\Gamma(a+1)\Gamma(4f-2a-1)\Gamma(f-b)\Gamma(b-a+f)}\\ &\qquad\cdot\F43{1,a+b-2f+1,2a-b-2f+1,f}{1+a-b,b+1,2a-3f+2}1\\ &\qquad+\frac{\Gamma(1+a-b)\Gamma(b+1)\Gamma(2f-b)\Gamma(2f+b-a)\Gamma(1+a-f)}{\Gamma(1+a+b-2f)\Gamma(1+2a-b-2f)\Gamma(f)\Gamma(a+1)}\\ &\qquad\cdot\frac{\Gamma(1+2a-3f)\Gamma(3f-2a)\Gamma\left(\frac 12+2f-a\right)\Gamma\left(\frac 12\right)}{\Gamma(4f-2a)\Gamma\left(\frac 12+b-a+f\right)\Gamma\left(\frac 12+f-b\right)\Gamma(2f-a)} \end{align}
次に, non-terminating Whippleの変換公式において$f=1, d=a+b-1, e=a+c-1$とすると, 右辺第2項の${}_4F_3$は
\begin{align}
\F32{3-2b-2c,1-b,1-c}{3-b-2c,3-2b-c}1
\end{align}
となり, Dixonの和公式で総和できる. 得られる結果は以下のようになる.
\begin{align} &\F65{1+\frac a2,b,c,a+b-1,a+c-1,1}{\frac a2,1+a-b,1+a-c,2-b,2-c}1\\ &=\frac{(1-b)(1-c)}{a(2-a-b-c)}\F43{1+a-b-c,a+b-1,a+c-1,1}{1+a-b,1+a-c,a+b+c-1}1\\ &\qquad+\frac{\Gamma(1+a-b)\Gamma(1+a-c)\Gamma(2-b)\Gamma(2-c)\Gamma(a+b+c-2)}{a(3-2b-2c)\Gamma(a+b-1)\Gamma(a+c-1)\Gamma(a-b-c+1)}\\ &\qquad\cdot\frac{\Gamma\left(\frac 52-b-c\right)\Gamma\left(\frac 12\right)}{\Gamma\left(\frac 32-b\right)\Gamma\left(\frac 32-c\right)\Gamma(2-b-c)} \end{align}
これは$b,c$に関して対称で, ${}_4F_3$の係数が有理関数になっていて綺麗である.
次に, non-terminating Whippleの変換公式において, $f=1,d=1+a-2b,e=a-\frac c2$とすると, 右辺第2項の${}_4F_3$
\begin{align}
\F32{2b-1,b-\frac c2,\frac c2}{b+\frac c2,2b-\frac c2}1
\end{align}
となり, Dixonの和公式で総和できる. 得られる結果は以下のようになる.
\begin{align} &\F65{1+\frac a2,b,c,1+a-2b,a-\frac c2,1}{\frac a2,1+a-b,1+a-c,2b,1+\frac c2}1\\ &=\frac{c(2b-1)}{a(4b+c-2a-2)}\F43{1+a-b-c,1+a-2b,a-\frac c2,1}{1+a-b,1+a-c,2+a-2b-\frac c2}1\\ &\qquad+\frac{\Gamma(1+a-b)\Gamma(1+a-c)\Gamma\left(1+\frac c2\right)\Gamma\left(1+a-2b-\frac c2\right)}{a\Gamma(1+a-2b)\Gamma\left(a-\frac c2\right)\Gamma(1+a-b-c)}\\ &\qquad\cdot\frac{\Gamma\left(b-\frac c2\right)\Gamma\left(b+\frac 12\right)\Gamma\left(\frac 12\right)}{\Gamma\left(\frac{c+1}2\right)\Gamma\left(b-\frac c2+\frac 12\right)\Gamma(b)} \end{align}
以下, さらに左辺も${}_4F_3$で表される場合を導出する. まず, 命題2において$a=2b$とすると以下を得る.
\begin{align} &\F43{1,c,2b+c-1,3b-1}{2b-c+1,2-c,2-b}{1}\\ &=-\frac{(b-1)(c-1)}{2b(3b+c-2)}\F43{1,1+b-c,2b+c-1,3b-1}{b+1,2b-c+1,3b+c-1}1\\ &\qquad+\frac{\Gamma\left(\frac 12\right)\Gamma(b)\Gamma(1+2b-c)\Gamma(2-b)\Gamma(2-c)\Gamma(3b+c-2)\Gamma\left(\frac 52-b-c\right)}{2(3-2b-2c)\Gamma(3b-1)\Gamma(2b+c-1)\Gamma(b-c+1)\Gamma\left(\frac 32-b\right)\Gamma\left(\frac 32-c\right)\Gamma(2-b-c)} \end{align}
次に, 命題2において$a=2-2b$とすると以下を得る.
\begin{align} &\F43{1,b,c,1-2b+c}{3-3b,3-2b-c,2-c}1\\ &=\frac{1-c}{2(b-c)}\F43{1,3-3b-c,1-2b+c,1-b}{3-3b,3-2b-c,1-b+c}1\\ &\qquad+\frac{\Gamma\left(\frac 12\right)\Gamma(3-3b)\Gamma(3-2b-c)\Gamma(2-c)\Gamma(c-b)\Gamma\left(\frac 52-b-c\right)}{2(3-2b-2c)\Gamma(1-2b+c)\Gamma(3-3b-c)\Gamma\left(\frac 32-b\right)\Gamma\left(\frac 32-c\right)\Gamma(2-b-c)} \end{align}
次に, 命題3において$a=2b$とすると以下を得る.
\begin{align} &\F43{1,1,c,2b-\frac c2}{2b-c+1,2b,1+\frac c2}1\\ &=\frac{c(2b-1)}{2b(c-2)}\F43{1,1,1+b-c,2b-\frac c2}{b+1,1+2b-c,2-\frac c2}1\\ &\qquad+\frac{\Gamma\left(\frac 12\right)\Gamma(1+2b-c)\Gamma\left(1+\frac c2\right)\Gamma\left(1-\frac c2\right)\Gamma\left(b-\frac c2\right)\Gamma\left(b+\frac 12\right)}{2\Gamma\left(2b-\frac c2\right)\Gamma(1+b-c)\Gamma\left(\frac{c+1}2\right)\Gamma\left(b+\frac{1-c}2\right)} \end{align}
次に, 命題3において$a=2c$とすると以下を得る.
\begin{align} &\F43{1,b,1-2b+2c,\frac{3c}2}{1-b+2c,2b,1+\frac c2}1\\ &=\frac{2b-1}{2(4b-3c-2)}\F43{1,1-b+c,1-2b+2c,\frac{3c}2}{1-b+2c,c+1,2-2b+\frac{3c}2}1\\ &\qquad+\frac{\Gamma\left(\frac 12\right)\Gamma(1-b+2c)\Gamma(c)\Gamma\left(1+\frac c2\right)\Gamma\left(1-2b+\frac{3c}2\right)\Gamma\left(b-\frac c2\right)\Gamma\left(b+\frac 12\right)}{2\Gamma(1-2b+2c)\Gamma\left(\frac{3c}2\right)\Gamma(1-b+c)\Gamma\left(\frac{c+1}2\right)\Gamma\left(b+\frac{1-c}2\right)\Gamma(b)} \end{align}
次に, 命題3において$a=4b-2$とすると以下を得る.
\begin{align} &\F43{1,b,c,4b-\frac c2-2}{3b-1,4b-c-1,1+\frac c2}1\\ &=-\frac{c}{2(4b-c-2)}\F43{1,3b-c-1,2b-1,4b-\frac c2-2}{3b-1,4b-c-1,2b-\frac c2}1\\ &\qquad+\frac{\Gamma\left(\frac 12\right)\Gamma(3b-1)\Gamma(4b-c-1)\Gamma\left(1+\frac c2\right)\Gamma\left(2b-\frac c2-1\right)\Gamma\left(b-\frac c2\right)\Gamma\left(b+\frac 12\right)}{2\Gamma(2b)\Gamma\left(4b-\frac c2-2\right)\Gamma(3b-c-1)\Gamma\left(\frac{c+1}2\right)\Gamma\left(b+\frac{1-c}2\right)\Gamma(b)} \end{align}
命題7において, $b=\frac{c+1}2$とすると両辺に同じ${}_4F_3$が現れ, 整理すると以下が得られる.
\begin{align} \F43{1,\frac{c+1}2,c,\frac{3c}2}{\frac{3c+1}2,c+1,1+\frac c2}1&=\frac{\pi c^2}{12}\frac{\Gamma\left(\frac{3c+1}2\right)\Gamma\left(\frac c2\right)^3}{\Gamma\left(\frac{3c}2\right)\Gamma\left(\frac{c+1}2\right)^3} \end{align}
これは前の記事( ガンマ関数で表せる二項係数の4乗が付いた級数2 )で求めた$c=\frac 12$の場合を一般化している.