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Non-terminating Whippleの変換公式

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$$\newcommand{bk}[0]{\boldsymbol{k}} \newcommand{bl}[0]{\boldsymbol{l}} \newcommand{calA}[0]{\mathcal{A}} \newcommand{calS}[0]{\mathcal{S}} \newcommand{CC}[0]{\mathbb{C}} \newcommand{F}[5]{{}_{#1}F_{#2}\left[\begin{matrix}#3\\#4\end{matrix};#5\right]} \newcommand{ol}[0]{\overline} \newcommand{Q}[5]{{}_{#1}\phi_{#2}\left[\begin{matrix}#3\\#4\end{matrix};#5\right]} \newcommand{QQ}[0]{\mathbb{Q}} \newcommand{ZZ}[0]{\mathbb{Z}} $$

Mellin-Barnes積分を用いてNon-terminating Whippleの変換公式を示す.

以下の積分表示が成り立つ.
\begin{align} &\F76{a,1+\frac a2,b,c,d,e,f}{\frac a2,1+a-b,1+a-c,1+a-d,1+a-e,1+a-f}1\\ &=\frac{\Gamma(1+a-b)\Gamma(1+a-c)\Gamma(1+a-d)\Gamma(1+a-e)\Gamma(1+a-f)}{\Gamma(d)\Gamma(e)\Gamma(f)\Gamma(1+a)\Gamma(1+a-b-c)\Gamma(1+a-d-e)\Gamma(1+a-d-f)\Gamma(1+a-e-f)}\\\ &\qquad\cdot\frac 1{2\pi i}\int_{-i\infty}^{i\infty}\frac{\Gamma(d+s)\Gamma(e+s)\Gamma(f+s)\Gamma(1+a-b-c+s)\Gamma(1+a-d-e-f-s)\Gamma(-s)}{\Gamma(1+a-b+s)\Gamma(1+a-c+s)}\,ds \end{align}

Barnesの第2補題 より
\begin{align} &\frac{\Gamma(1+a-d-e)\Gamma(1+a-d-f)\Gamma(1+a-e-f)\Gamma(d+n)\Gamma(e+n)\Gamma(f+n)}{\Gamma(1+a-d+n)\Gamma(1+a-e+n)\Gamma(1+a-f+n)}\\ &=\frac 1{2\pi i}\int_{-i\infty}^{i\infty}\frac{\Gamma(d+s)\Gamma(e+s)\Gamma(f+s)\Gamma(1+a-d-e-f-s)\Gamma(n-s)}{\Gamma(1+a+s+n)}\,ds \end{align}
より, 両辺に
\begin{align} \frac{(a,1+\frac a2,b,c)_n}{n!(\frac a2,1+a-b,1+a-c)_n} \end{align}
を掛けて足し合わせると,
\begin{align} &\frac{\Gamma(1+a-d-e)\Gamma(1+a-d-f)\Gamma(1+a-e-f)\Gamma(d)\Gamma(e)\Gamma(f)}{\Gamma(1+a-d)\Gamma(1+a-e)\Gamma(1+a-f)}\\ &\qquad\cdot\F76{a,1+\frac a2,b,c,d,e,f}{\frac a2,1+a-b,1+a-c,1+a-d,1+a-e,1+a-f}1\\ &=\frac 1{2\pi i}\int_{-i\infty}^{i\infty}\frac{\Gamma(d+s)\Gamma(e+s)\Gamma(f+s)\Gamma(1+a-d-e-f-s)\Gamma(-s)}{\Gamma(1+a+s)}\,ds\F54{a,1+\frac a2,b,c,-s}{\frac a2,1+a-b,1+a-c,1+a+s}1\\ &=\frac{\Gamma(1+a-b)\Gamma(1+a-c)}{\Gamma(1+a)\Gamma(1+a-b-c)}\frac 1{2\pi i}\int_{-i\infty}^{i\infty}\frac{\Gamma(d+s)\Gamma(e+s)\Gamma(f+s)\Gamma(1+a-b-c+s)\Gamma(1+a-d-e-f-s)\Gamma(-s)}{\Gamma(1+a-b+s)\Gamma(1+a-c+s)}\,ds \end{align}
となって示される. ここで, Dougallの${}_5F_4$の和公式
\begin{align} \F54{a,1+\frac a2,b,c,-s}{\frac a2,1+a-b,1+a-c,1+a+s}1&=\frac{\Gamma(1+a-b)\Gamma(1+a-c)\Gamma(1+a+s)\Gamma(1+a-b-c+s)}{\Gamma(1+a)\Gamma(1+a-b-c)\Gamma(1+a-b+s)\Gamma(1+a-c+s)} \end{align}
を用いた.

Mellin-Barnes積分を展開することによって,

Non-terminating Whippleの変換公式

\begin{align} &\F76{a,1+\frac a2,b,c,d,e,f}{\frac a2,1+a-b,1+a-c,1+a-d,1+a-e,1+a-f}1\\ &=\frac{\Gamma(1+a-d)\Gamma(1+a-e)\Gamma(1+a-f)\Gamma(1+a-d-e-f)}{\Gamma(1+a)\Gamma(1+a-d-e)\Gamma(1+a-d-f)\Gamma(1+a-e-f)}\F43{1+a-b-c,d,e,f}{1+a-b,1+a-c,d+e+f-a}{1}\\ &\qquad+\frac{\Gamma(1+a-b)\Gamma(1+a-c)\Gamma(1+a-d)\Gamma(1+a-e)\Gamma(1+a-f)\Gamma(d+e+f-a-1)\Gamma(2+2a-b-c-d-e-f)}{\Gamma(d)\Gamma(e)\Gamma(f)\Gamma(1+a)\Gamma(1+a-b-c)\Gamma(2+2a-b-d-e-f)\Gamma(2+2a-c-d-e-f)}\\ &\qquad\qquad\cdot \F43{2+2a-b-c-d-e-f,1+a-d-e,1+a-d-f,1+a-e-f}{2+2a-b-d-e-f,2+2a-c-d-e-f,2+a-d-e-f}1 \end{align}

投稿日:531
更新日:531

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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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