前回の記事 で示したAskey-Wilson積分12π∫C(t2,1/t2;q)∞(at,a/t,bt,b/t,ct,c/t,dt,d/t;q)∞dtt=2(abcd;q)∞(q,ab,ac,ad,bc,bd,cd;q)∞はde Branges-Wilson積分12πi∫0∞Γ(a−ix)Γ(a+ix)Γ(b−ix)Γ(b+ix)Γ(c−ix)Γ(c+ix)Γ(d−ix)Γ(d+ix)Γ(2ix)Γ(−2ix)dx=Γ(a+b)Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(c+d)Γ(a+b+c+d)のq類似になっている. 今回はこのde Branges-Wilson積分に別の証明を与える.
12πi∫0∞Γ(a−ix)Γ(a+ix)Γ(b−ix)Γ(b+ix)Γ(c−ix)Γ(c+ix)Γ(d−ix)Γ(d+ix)Γ(2ix)Γ(−2ix)dx=Γ(a+b)Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(c+d)Γ(a+b+c+d)
Dougallの5F4の和公式の積分類似 12πi∫−i∞i∞Γ(a+s)Γ(1+a2+s)Γ(b+s)Γ(c+s)Γ(d+s)Γ(b−a−s)Γ(−s)Γ(a2+s)Γ(1+a−c+s)Γ(1+a−d+s)ds=12Γ(b)Γ(c)Γ(d)Γ(b+c−a)Γ(b+d−a)Γ(1+a−c−d)Γ(b+c+d−a)において, a↦2a,b↦a+b,c↦a+c,d↦a+d,s↦s−aとすると,12πi∫−i∞i∞Γ(a+s)Γ(s+1)Γ(b+s)Γ(c+s)Γ(d+s)Γ(a−s)Γ(b−s)Γ(s)Γ(1−c+s)Γ(1−d+s)ds=12Γ(a+b)Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(1−c−d)Γ(a+b+c+d)をガンマ関数の相反公式を用いて, これは12πi∫−i∞i∞Γ(a−s)Γ(a+s)Γ(b−s)Γ(b+s)Γ(c−s)Γ(c+s)Γ(d−s)Γ(d+s)Γ(2s)Γ(−2s)ds(−sinπ(c−s)sinπ(d−s)sinπscosπssin(c+d))=2Γ(a+b)Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(c+d)Γ(a+b+c+d)と書き換えられる. s↦−sとしたものを足し合わせて12倍すると,12(sinπ(c+s)sinπ(d+s)sinπscosπssin(c+d)−sinπ(c−s)sinπ(d−s)sinπscosπssin(c+d))=1であるから,12πi∫−i∞i∞Γ(a−s)Γ(a+s)Γ(b−s)Γ(b+s)Γ(c−s)Γ(c+s)Γ(d−s)Γ(d+s)Γ(2s)Γ(−2s)ds=2Γ(a+b)Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(c+d)Γ(a+b+c+d)を得る. よって,12π∫0∞Γ(a−ix)Γ(a+ix)Γ(b−ix)Γ(b+ix)Γ(c−ix)Γ(c+ix)Γ(d−ix)Γ(d+ix)Γ(2ix)Γ(−2ix)dx=Γ(a+b)Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(c+d)Γ(a+b+c+d)が成り立つ.
系として以下のBarnesの第1補題を得る.
12π∫−∞∞Γ(a+ix)Γ(b+ix)Γ(c−ix)Γ(d−ix)dx=Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(a+b+c+d)
定理1より,12π∫s∞Γ(a+it)Γ(b+it)Γ(c−it)Γ(d−it)Γ(a−2is−it)Γ(b−2is−it)Γ(c+2is+it)Γ(d+2is+it)Γ(−2is−2it)Γ(2it+2is)Γ(a+b−2is)Γ(c+d+2is)dt=Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(a+b+c+d)が得られるので, s↦−∞とすると示される.
de Branges-Wilson積分の両辺をΓ(d)2で割ってd↦∞とすることによって, 以下を得る.
12π∫0∞Γ(a−it)Γ(a+it)Γ(b−it)Γ(b+it)Γ(c−it)Γ(c+it)Γ(−2it)Γ(2it)dt=Γ(a+b)Γ(a+c)Γ(b+c)
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