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現代数学解説
文献あり

Frenkel-Turaevの和公式

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前回の記事で楕円Pochhammer記号と楕円超幾何級数を導入した. 前の記事 で示した無限積の三項関係式は以下のように書ける.

A2=bcdeのとき,
θ(A/b,A/c,A/d,A/e;p)θ(b,c,d,e;p)=bθ(A,A/bc,A/bd,A/be;p)

今回は楕円超幾何級数の最も基本的な和公式であるFrenkel-Turaevの和公式を示す. これは Jacksonの8ϕ7和公式 の楕円類似である.

Frenkel-Turaev(1997)

a2qn+1=bcdeのとき, 非負整数nに対し,
10V9(a;b,c,d,e,qn;q,p)=(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)n(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q,p)n
が成り立つ.

n=0のときは明らかに成り立つ. n=mのときに成り立つと仮定してn=m+1の場合を示す. つまり,
k=0m+1θ(aq2k;p)(a,b,c,d,a2qm+2/bcd,qm1;q,p)kθ(a;p)(q,aq/b,aq/c,aq/d,bcdqm1/a,aqm+2;q,p)kqk=(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)m+1(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q,p)m+1
を示せば良い. まず,
(a2qm+2/bcd,qm1;q,p)k(bcdqm1/a,aqm+2;q,p)k=(a2qm+1/bcd,qm;q,p)k(bcdqm/a,aqm+1;q,p)kθ(a2qm+k+1/bcd,bcdqkm1/a,aqm+1,qm1;p)θ(a2qm+1/bcd,bcdqm1/a,aqm+k+1,qkm1;p)
である. 定理1より,
θ(a2qm+k+1/bcd,bcdqkm1/a,aqm+1,qm1;p)θ(a2qm+1/bcd,bcdqm1/a,aqm+k+1,qkm1;p)=1+θ(a2qm+k+1/bcd,bcdqkm1/a,aqm+1,qm1;p)θ(a2qm+1/bcd,bcdqm1/a,aqm+k+1,qkm1;p)θ(a2qm+1/bcd,bcdqm1/a,aqm+k+1,qkm1;p)=1+bcdqm1aθ(aqk,qk,a/bcd,a2q2m+2/bcd;p)θ(a2qm+1/bcd,bcdqm1/a,aqm+k+1,qkm1;p)
であるから,
k=0m+1θ(aq2k;p)(a,b,c,d,a2qm+2/bcd,qm1;q,p)kθ(a;p)(q,aq/b,aq/c,aq/d,bcdqm1/a,aqm+2;q,p)kqk=k=0m+1θ(aq2k;p)(a,b,c,d;q,p)kθ(a;p)(q,aq/b,aq/c,aq/d;q,p)k(a2qm+1/bcd,qm;q,p)k(bcdqm/a,aqm+1;q,p)k(1+bcdqm1aθ(aqk,qk,a/bcd,a2q2m+2/bcd;p)θ(a2qm+1/bcd,bcdqm1/a,aqm+k+1,qkm1;p))qk=(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)m(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q,p)m+bcdqm1aθ(a,a/bcd,a2q2m+2/bcd;p)θ(a2qm+1/bcd,bcdqm1/a,aqm+1;p)k=1m+1θ(aq2k;p)(aq,b,c,d;q,p)kθ(a;p)(q;q,p)k1(aq/b,aq/c,aq/d;q,p)k(a2qm+1/bcd;q,p)k(qm;q,p)k1(bcdqm/a,aqm+2;q,p)kqk=(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)m(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q,p)m+bcdqmaθ(aq,aq2,a/bcd,a2q2m+2/bcd,b,c,d;p)θ(aq/b,aq/c,aq/d,bcdqm1/a,bcdqm/a,aqm+1,aqm+2;p)k=0mθ(aq2k+2;p)(aq2,bq,cq,dq,a2qm+2/bcd,qm;q,p)kθ(aq2;p)(q,aq2/b,aq2/c,aq2/d,bcdq1m/a,aqm+3;q,p)kqk=(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)m(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q,p)m+bcdqmaθ(aq,aq2,a/bcd,a2q2m+2/bcd,b,c,d;p)θ(aq/b,aq/c,aq/d,bcdqm1/a,bcdqm/a,aqm+1,aqm+2;p)(aq3,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)m(aq2/b,aq2/c,aq2/d,a/bcd;q,p)m=(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)m(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q,p)m+bcdqmaθ(aqm/bcd,a2q2m+2/bcd,b,c,d;p)θ(aqm+1/b,aqm+1/c,aqm+1/d,bcdqm1/a,bcdqm/a;p)(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)m(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q,p)m=(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)m(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q,p)m(1θ(a2q2m+2/bcd,b,c,d;p)θ(aqm+1/b,aqm+1/c,aqm+1/d,bcdqm1/a;p))
ここで, 定理1より,
1θ(a2q2m+2/bcd,b,c,d;p)θ(aqm+1/b,aqm+1/c,aqm+1/d,bcdqm1/a;p)=θ(aqm+1/b,aqm+1/c,aqm+1/d,bcdqm1/a;p)θ(a2q2m+2/bcd,b,c,d;p)θ(aqm+1/b,aqm+1/c,aqm+1/d,bcdqm1/a;p)=a2q2m+2bcdθ(aqm+1,bcqm1/a,bdqm1/a,cdqm1/a;p)θ(aqm+1/b,aqm+1/c,aqm+1/d,bcdqm1/a;p)=θ(aqm+1,aqm+1/bc,aqm+1/bd,aqm+1/cd;p)θ(aqm+1/b,aqm+1/c,aqm+1/d,aqm+1/bcd;p)
よって, これを代入すれば,
k=0m+1θ(aq2k;p)(a,b,c,d,a2qm+2/bcd,qm1;q,p)kθ(a;p)(q,aq/b,aq/c,aq/d,bcdqm1/a,aqm+2;q,p)kqk=(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)m(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q,p)mθ(aqm+1,aqm+1/bc,aqm+1/bd,aqm+1/cd;p)θ(aqm+1/b,aqm+1/c,aqm+1/d,aqm+1/bcd;p)=(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q,p)m+1(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q,p)m+1
となって定理を得る.

定理1はJacksonの8ϕ7和公式の楕円類似である. Jacksonの和公式においてはdaq/d,eaq/eとしてからa0とすることによってq-Saalschützの和公式を示すことができたが, 楕円類似の場合はa0の極限が収束しない.

定理2の証明について, Jacksonの和公式はq-Saalschützの和公式などの, より小さい位数の超幾何級数の和公式を用いて示すことができたが, 楕円類似の場合はそのようなものが無かったので, 直接的に帰納法によって示した.

定理2の証明において用いられている非自明な結果は本質的に定理1だけであるというところは興味深い事実である.

参考文献

[1]
George Gasper, Mizan Rahman, Basic Hypergeometric Series, Cambridge University Press, 2004
投稿日:25日前
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Wataru
Wataru
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50552
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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