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二重対数関数の特殊値

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0
$$\newcommand{abs}[1]{\left|#1\right|} \newcommand{apply}[2]{#1 \left(#2\right)} \newcommand{bra}[1]{\left\{ #1 \right\} } \newcommand{bra}[1]{\left\{ #1 \right\}} \newcommand{bsqu}[1]{\Bigl[ #1 \Bigr]} \newcommand{C}[0]{\mathbb{C}} \newcommand{card}[1]{\left|#1\right|} \newcommand{defarrow}[0]{\stackrel{\mathrm{def}}{\Longleftrightarrow}} \newcommand{diff}[2]{\dfrac{d #1}{d #2}} \newcommand{diffn}[3]{\dfrac{d^{#3} #1}{d #2^{#3}}} \newcommand{div}[0]{\mathrm{div}} \newcommand{division}[0]{÷} \newcommand{fset}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}} \newcommand{gene}[1]{\langle{ #1 \rangle}} \newcommand{gene}[1]{\langle #1 \rangle} \newcommand{GL}[2]{\mathrm{GL}_{#1}\left(#2\right)} \newcommand{grad}[0]{\mathrm{grad}\ } \newcommand{id}[1]{\mathrm{id}_{#1}} \newcommand{Mat}[3]{\mathrm{Mat}\left(#1,#2,#3\right)} \newcommand{N}[0]{\mathbb{N}} \newcommand{ord}[1]{\mathrm{ord}\left(#1\right)} \newcommand{pare}[1]{\left( #1 \right)} \newcommand{pdiff}[2]{\dfrac{\partial #1}{\partial #2}} \newcommand{pdiffn}[3]{\dfrac{\partial^{#3} #1}{\partial #2^{#3}}} \newcommand{Q}[0]{\mathbb{Q}} \newcommand{R}[0]{\mathbb{R}} \newcommand{Res}[2]{\underset{#2}{\mathrm{Res}}\left(#1\right)} \newcommand{rot}[0]{\mathrm{rot}\ } \newcommand{seq}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}} \newcommand{sgn}[1]{\mathrm{sgn}\left(#1\right)} \newcommand{SL}[2]{\mathrm{SL}_{#1}\left(#2\right)} \newcommand{squ}[1]{\left[ #1 \right]} \newcommand{substitute}[2]{\left. #1 \right|_{#2}} \newcommand{Z}[0]{\mathbb{Z}} $$

前回 の補足

$$\begin{align} \mathrm{Li}_2\pare{-\phi}&=-\dfrac{\pi^2}{10}-\ln^2\phi \\ \mathrm{Li}_2\pare{1-\phi}&=\mathrm{Li}_2\pare{-\dfrac{1}{\phi}}=-\dfrac{\pi^2}{15}+\dfrac{1}{2}\ln^2\phi\end{align}$$

$\phi^2-\phi-1=0$を用いる.
$$\begin{align} \mathrm{Li}_2\pare{-x}-\mathrm{Li}_2\pare{1-x}+\dfrac{1}{2}\mathrm{Li}_2\pare{1-x^2}=-\dfrac{\pi^2}{12}-\pare{\ln x}\ln\pare{1+x} \end{align}$$
$x=\phi$を代入して,
$$ \begin{align} &\mathrm{Li}_2\pare{-\phi}-\mathrm{Li}_2\pare{1-\phi}+\dfrac{1}{2}\mathrm{Li}_2\pare{-\phi} =-\dfrac{\pi^2}{12}-\pare{\ln\phi}\ln\pare{1+\phi} \\ \Longleftrightarrow\ \ &\dfrac{3}{2}\mathrm{Li}_2\pare{-\phi}-\mathrm{Li}_2\pare{1-\phi}=-\dfrac{\pi^2}{12}-2\ln^2\phi, \end{align}$$
また,
$$\begin{align} \mathrm{Li}_2\pare{x}+\mathrm{Li}_2\pare{\dfrac{1}{x}}=-\dfrac{\pi^2}{6}-\dfrac{1}{2}\ln^2\pare{-x} \end{align}$$
に, $x=-\phi$を代入すると,
$$\begin{align} &\mathrm{Li}_2\pare{-\phi}+\mathrm{Li}_2\pare{-\dfrac{1}{\phi}}=-\dfrac{\pi^2}{6}-\dfrac{1}{2}\ln^2\phi \\ \Longleftrightarrow\ \ & \mathrm{Li}_2\pare{-\phi}+\mathrm{Li}_2\pare{1-{\phi}}=-\dfrac{\pi^2}{6}-\dfrac{1}{2}\ln^2\phi \end{align} $$
これらを, $\mathrm{Li}_2\pare{-\phi},\ \mathrm{Li}_2\pare{1-\phi}$について解き直すと,
$$\begin{align} \mathrm{Li}_2\pare{-\phi}=-\dfrac{\pi^2}{10}-\ln^2\phi ,\ \ \mathrm{Li}_2\pare{1-\phi}=\mathrm{Li}_2\pare{-\dfrac{1}{\phi}}=-\dfrac{\pi^2}{15}+\dfrac{1}{2}\ln^2\phi\end{align}$$
が分かる.

$$\begin{align}\mathrm{Li}_2\pare{i}=-\dfrac{\pi^2}{48}+iC\end{align}$$

定義通り計算する.
$$\begin{align} &\mathrm{Li}_2\pare{i} \\ &=\sum_{k=1}^\infty\dfrac{i^k}{k^2} \\ &=\sum_{n=1}^\infty\pare{\dfrac{i^{4n}}{\pare{4n}^2}+\dfrac{i^{4n-3}}{\pare{4n-3}^2}+\dfrac{i^{4n-2}}{\pare{4n-2}^2}+\dfrac{i^{4n-1}}{\pare{4n-1}^2}} \\ &=\dfrac{1}{16}\sum_{n=1}^\infty\dfrac{1}{n^2}-\dfrac{1}{4}\sum_{n=1}^\infty\dfrac{1}{\pare{2n-1}^2}+i\sum_{n=1}^\infty\pare{\dfrac{1}{\pare{4n-3}^2}-\dfrac{1}{\pare{4n-1}^2}} \\ &=\dfrac{1}{16}\cdot\dfrac{\pi^2}{6}-\dfrac{1}{4}\cdot\dfrac{\pi^2}{8}+i\sum_{n=1}^\infty\dfrac{\pare{-1}^{n-1}}{\pare{2n-1}^2} \\ &=-\dfrac{\pi^2}{48}+iC \end{align}$$

投稿日:20201118

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