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現代数学解説
文献あり

Watsonの3F2和公式

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以下はWatsonによって1925年に示された公式である.

Watsonの3F2和公式

0n(a,b,c)nn!(a+b+12,2c)n=Γ(12)Γ(a+b+12)Γ(c+12)Γ(c+1ab2)Γ(a+12)Γ(b+12)Γ(c+1a2)Γ(c+1b2)

まず, Gaussの超幾何定理より,
(c)n(2c)n=2n0k(n2,1n2)kk!(c+12)k=0kn!2n+2kk!(c+12)k(n2k)!
であるから,
0n(a,b,c)nn!(a+b+12,2c)n=0n(a,b)nn!(a+b+12)n0kn!2n+2kk!(c+12)k(n2k)!=0k122kk!(c+12)k0n(a,b)n2n(a+b+12)n(n2k)!
ここで, Gaussによる公式
0n(a,b)n2nn!(a+b+12)n=Γ(12)Γ(a+b+12)Γ(a+12)Γ(b+12)
を用いて,

0n(a,b)n2n(a+b+12)n(n2k)!=(a,b)2k22k(a+b+12)2k0n(a+2k,b+2k)n2nn!(a+b+12+2k)n=(a,b)2k22k(a+b+12)2kΓ(12)Γ(a+b+12+2k)Γ(a+12+k)Γ(b+12+k)=Γ(12)Γ(a+b+12)Γ(a+12)Γ(b+12)(a,b)2k22k(a+12,b+12)k=Γ(12)Γ(a+b+12)Γ(a+12)Γ(b+12)22k(a2,b2)k
だから,
0k122kk!(c+12)k0n(a,b)n2n(a+b+12)n(n2k)!=Γ(12)Γ(a+b+12)Γ(a+12)Γ(b+12)0k(a2,b2)kk!(c+12)k
ここで, Gaussの超幾何定理から
0k(a2,b2)kk!(c+12)k=Γ(c+12)Γ(c+1ab2)Γ(c+1a2)Γ(c+1b2)
であるから定理を得る.

証明途中に用いたGaussによる公式
0n(a,b)n2nn!(a+b+12)n=Γ(12)Γ(a+b+12)Γ(a+12)Γ(b+12)
はWatsonの和公式においてcとした特別な場合として含まれているというところが面白いと思う.

参考文献

[1]
A. Rathie, R. Paris, A new proof of Watson's theorem for the series 3F2(1), Appl. Math. Sci., 2009, 161-164
投稿日:122
更新日:3日前
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Wataru
Wataru
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超幾何関数, 直交関数, 多重ゼータ値などに興味があります

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