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現代数学解説
文献あり

Partial theta functionに関するRamanujanの公式2

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前の記事 で, 次の定理1を用いていくつかのRamanujanによる公式を示した.

Andrews(1981)

0n(B,Abq;q)n(aq,bq;q)nqn=a1(B,Abq;q)(aq,bq;q)0n(1/A;q)n(B/a;q)n+1(Abqa)n+(1+b)0n(1/a;q)n+1(ABq/a;q)n(B/a,Abq/a;q)n+1(b)n

今回もいくつかRamanujanによる公式を示す.

(1+1a)0n(q;q2)nq2n+1(aq,q/a;q2)n+1=0n(a)nq12n(n+1)(q;q2)(aq,q/a;q2)0na3nq3n2+n(1a2q4n+2)

定理1において, qq2,aq/a,A=a1q2,B=0,baqとして
(1+1a)0n(q;q2)nq2n+1(aq,q/a;q2)n+1=(q;q2)(aq,q/a;q2)0n(a;q2)n+1(a)n+0n(aq;q2)n(aq)n(aq2;q2)n
ここで, Rogers-Fineの恒等式
0n(a;q)n(b;q)ntn=0n(a,atq/b;q)n(bt)nqn2n(1atq2n)(b;q)n(t;q)n+1
において, qq2,aaq,b=aq2,t=aqとすると
0n(aq;q2)n(aq)n(aq2;q2)n=0na2nq2n2+n(1aq2n+1)=0n(a)nq12n(n+1)
を得る. また, Rogers-Fineの恒等式において, qq2,aaq2,b=0,t=aとすると,
0n(a;q2)n+1(a)n=0na3nq3n2+n(1a2q4n+2)
を得る. よって, これらを代入して示される.

(1+1a)0n(q;q)2nq2n+1(aq,q/a;q2)n+1=1(q,aq,q/a;q2)0n(a)nq12n(n+1)0n(a)nqn(n+1)

定理1において, qq2としてaq/a,B=q,b=aq,A=1/aqとして整理すると,
(1+1a)0n(q;q)2nq2n+1(aq,q/a;q2)n+1=(1+a)(q;q)(aq,q/a;q2)0n(aq;q2)n(aq)n(a;q2)n+10n(aq,q;q2)n(aq)n(aq2;q2)n(aq;q2)n+1
ここで, 1つ目の項には定理2の証明過程で示した式
0n(aq;q2)n(aq)n(aq2;q2)n=0n(a)nq12n(n+1)
を用いることができる.
0n(aq,q;q2)n(aq)n(aq2;q2)n(aq;q2)n+1=11+aq0n(aq;q2)n(q;q)2n(aq)n(q2;q2)n(aq;q)2n
ここで, AndrewsによるHeineの変換公式の類似
0n(a;q2)n(b;q)2n(q2;q2)n(c;q)2ntn=(b;q)(at;q2)(c;q)(t;q2)0n(c/b;q)n(t;q2)n(q;q)n(at;q2)nbn
において, aaq,b=q,c=aq2,t=aqとすると,
11+aq0n(aq;q2)n(q;q)2n(aq)n(q2;q2)n(aq;q)2n=(q;q)(a2q2;q2)(aq;q)(aq;q2)0n(aq;q)n(aq;q2)n(q;q)n(a2q2;q2)nqn=(q;q)(aq2;q2)0n(aq,aq;q)n(q,aq;q)nqn
ここで, Heineの変換公式
0n(a,b;q)n(q,c;q)ntn=(b,at;q)(c,t;q)0n(c/b,t;q)n(q,at;q)nbn
において, aaq,b=aq,c=aq,t=qとして,
0n(aq,aq;q)n(q,aq;q)nqn=(aq;q2)(q,aq;q)0n(aq;q)n(aq)n2(aq;q)n+1
であり, Rogers-Fineの恒等式
0n(a;q)n(b;q)ntn=0n(a,atq/b;q)n(bt)nqn2n(1atq2n)(b;q)n(t;q)n+1
において, aaq,b=qaq,t=aqとすると,
0n(aq;q)n(aq)n2(aq;q)n+1=0n(a)nqn(n+1)
を得る. よって, これらを合わせると,
0n(aq,q;q2)n(aq)n(aq2;q2)n(aq;q2)n+1=0n(a)nqn(n+1)
であるからこれを代入して定理を得る.

0n(q;q2)nq2n(aq2,q2/a;q2)n=(1+a)0n(a)nq12n(n+1)a(q;q2)(aq2,q2/a;q2)0na3nq3n2+2n(1aq2n+1)

定理1において, qq2,a1/a,A=1/aq,B=0,b=aとして,
0n(q;q2)nq2n(aq2,q2/a;q2)n=a(q2;q2)(aq2,q2/a;q2)0n(aq;q2)n(aq)n+(1+a)0n(a;q2)n+1(a)n(aq;q2)n+1
ここで, Rogers-Fineの恒等式
0n(a;q)n(b;q)ntn=0n(a,atq/b;q)n(bt)nqn2n(1atq2n)(b;q)n(t;q)n+1
において, qq2,aaq,t=aq,b0として,
0n(aq;q2)n(aq)n=0na3nq3n2+2n(1aq2n+1)
を得る. また, Rogers-Fineの恒等式において, aaq2,b=aq3,t=aとして,
0n(a;q2)n+1(a)n(aq;q2)n+1=0na2nq2n2+n(1aq2n+1)=0n(a)nq12n(n+1)
となるから, これらを代入して定理を得る.

0n(q;q2)nqn(aq,q/a;q)n=(1+a)0n(a)nq12n(n+1)a(q;q2)(aq,q/a;q)0n(1)na2nqn(n+1)

定理の等式をqq2とした等式
0n(q,q;q2)nq2n(aq2,q2/a;q2)n=(1+a)0n(a)nqn(n+1)a(q,q;q2)(aq2,q2/a;q2)0n(1)na2nq2n(n+1)
を示せば良い. 定理1において, qq2,a1/a,b=a,A=1/aq,B=qとすると,
0n(q,q;q2)nq2n(aq2,q2/a;q2)n=a(q,q;q2)(aq2,q2/a;q2)0n(aq;q2)n(aq)n(aq;q2)n+1+(1+a)0n(a;q2)n+1(q2;q2)n(a)n(aq,aq;q2)n+1
Rogers-Fineの恒等式
0n(a;q)n(b;q)ntn=0n(a,atq/b;q)n(bt)nqn2n(1atq2n)(b;q)n(t;q)n+1
において, qq2,aaq,b=aq3,t=aqとして,
0n(aq;q2)n(aq)n(aq;q2)n+1=0n(1)na2nq2n(n+1)
を得る. また, AndrewsによるHeineの変換公式の類似
0n(a;q2)n(b;q)2n(q2;q2)n(c;q)2ntn=(b;q)(at;q2)(c;q)(t;q2)0n(c/b;q)n(t;q2)n(q;q)n(at;q2)nbn
において, qq2,aa2q2,b=a,c=a2q2,t=q4とすると,
0n(a;q2)n+1(q2;q2)n(a)n(aq,aq;q2)n+1=1+a1a2q20n(aq2;q2)n(q4;q4)n(a)n(q2;q2)n(a2q6;q4)n=(1+a)(a2q2;q2)(q4;q4)(1a2q2)(a;q2)(a2q6;q4)0n(a2q2;q4)n(a;q2)2nq4n(q4;q4)n(a2q2;q4)2n=(aq2;q2)(q4;q4)0n(a,aq2;q4)nq4n(q4,a2q4;q4)n
ここで, Heineの変換公式
0n(a,b;q)n(q,c;q)ntn=(b,at;q)(c,t;q)0n(c/b,t;q)n(q,at;q)nbn
において, qq4,aa,b=aq2,c=a2q4,t=q4とすると,
0n(a,aq2;q4)nq4n(q4,a2q4;q4)n=(aq2,aq4;q4)(a2q4,q4;q4)0n(aq2;q4)n(aq2)n(aq4;q4)n
ここで, Rogers-Fineの恒等式
0n(a;q)n(b;q)ntn=0n(a,atq/b;q)n(bt)nqn2n(1atq2n)(b;q)n(t;q)n+1
において, qq4,aaq2,b=aq4,t=aq2とすると,
0n(aq2;q4)n(aq2)n(aq4;q4)n=0na2nq4n2+2n(1aq4n+2)=0n(a)nqn(n+1)
である. これらより,
0n(a;q2)n+1(q2;q2)n(a)n(aq,aq;q2)n+1=0n(a)nqn(n+1)
であるからこれらを代入して定理を得る.

このように, 定理1とRogers-Fineの恒等式やHeineの変換公式などを組合わせると様々な等式を示すことができるのは興味深いと思う.

参考文献

[1]
G. E. Andrews, B. C. Berndt, Ramanujan's Lost Notebook Part II, Springer, 2006
投稿日:23日前
更新日:22日前
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Wataru
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