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二重対数関数の公式

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二重対数関数

実数xに対して二重対数関数Li2(x)を以下のように定義する.
Li2(x):=k=1xkk2

次の式が成立する. (但し, 収束条件はある.) Li2(x)=0xln(1t)tdtLi2(x)+Li2(x)=12Li2(x2)Li2(x)+Li2(1x)=π26(lnx)ln(1x)Li2(1x)+Li2(11x)=ln2(x)Li2(x)Li2(1x)+12Li2(1x2)=π212(lnx)ln(x+1)Li2(x)+Li2(1x)=π2612ln2(x)

  • 1つ目
    0xln(1t)tdt=0x1t(k=1tkk)dt=k=1[tkk2]0x=k=1xkk2=Li2(x)
  • 2つ目
    Li2(x)+Li2(x)=n=1(xnn2+(x)nn2)=m=1(x2m1(2m1)2x2m1(2m1)2)+k=1(x2k(2k)2+x2k(2k)2)=12Li2(x2)
  • 3つ目
    Li2(x)+Li2(1x)=0xln(1t)tdt01xln(1t)tdt=0xln(1t)tdt+1xlnt1tdt=01ln(1t)tdt+1x(ln(1t)t+lnt1t)dt=Li2(1)+[(lnt)ln(1x)]1x=ζ(2)(ln(x))(1x)+lima1+0[(lna)ln(1a)]=π26(lnx)ln(1x)
  • 4つ目
    Li2(1x)+Li2(11x)=Li2(1x)011/xln(1t)tdt=Li2(1x)1xln(1t)11tdtt2=Li2(1x)1xlnttdt1xlntt1dt=Li2(1x)[12ln2t]1x+01xln(1t)tdt=Li2(1x)12ln2xLi2(1x)=12ln2x

  • 5つ目
    Li2(x)=Li2(1x)+π26(lnx)ln(x+1)Li2(x2)=2Li2(x)+2Li2(x)Li2(1x2)+Li2(x2)=π262(lnx)(ln(1x)+ln(1+x))
     12Li2(1x2)+Li2(x)+Li2(x)=π212(lnx)ln(1x)(lnx)ln(1+x) 12Li2(1x2)Li2(1x)+π26(lnx)ln(1+x)+Li2(x)=π212(lnx)ln(1x)(lnx)ln(1+x) Li2(x)Li2(1x)+12Li2(1x2)=π212(lnx)ln(x+1)

  • 6つ目
    Li2(x)+Li2(1x)=x0ln(1t)tdt+1/x0ln(1t)t=x1ln(1t)tdt+1/x1ln(1t)tdt+210ln(1t)tdt=2Li2(1)x1ln(1t)tdt+x1tln(t1t)dtt2=2k=1(1)k1k2+x1(ln(1t)tln(1t)t+ln(t)t)dt=π26+[12ln2(t)2]x1=π2612ln2(x)
特殊値の例

Li2(12)=π212ln222Li2(13)16Li2(19)=π21816ln23Li2(12)+16Li2(19)=π218+(ln2)ln312ln2213ln23Li2(14)+13Li2(19)=π21816ln23Li2(18)+Li2(19)=12ln2(98)Li2(1)=π212Li2(0)=0Li2(ϕ)=π210ln2ϕLi2(1ϕ)=π215+12ln2ϕLi2(1ϕ2)=π215ln2ϕLi2(1ϕ)=π210ln2ϕLi2(i)=π248+iCLi2(1+i)=π216+i(C+πln24)

Li2(12)+Li2(112)=π26(ln(12))ln(112)Li2(12)=π212ln222
(残りは省略.)

(残りの特殊値も別記事に一部証明を書きました.) こちら

投稿日:20201118
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