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二項係数付きゼータ関数の値

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$$\newcommand{acoloneqq}[0]{\ &\hspace{-2pt}\coloneqq} \newcommand{asupplement}[2]{&\hspace{#1}\text{#2}} \newcommand{beginend}[2]{\begin{#1}#2\end{#1}} \newcommand{C}[0]{\mathbb{C}} \newcommand{hygeo}[6]{{}_{#1}{#2}_{#3}\lr[{\beginend{matrix}{{#4}\\ {#5}}\ ;{#6}}]} \newcommand{kfrac}[0]{\mathop{\large\rm{K}}} \newcommand{lr}[3]{\left#1{#2}\right#3} \newcommand{lr}[3]{\left#1{#2}\right#3} \newcommand{N}[0]{\mathbb{N}} \newcommand{Q}[0]{\mathbb{Q}} \newcommand{R}[0]{\mathbb{R}} \newcommand{stirling}[3]{\left[ \begin{matrix}{#1} \\ {#2}\end{matrix} {#3}\right]} \newcommand{Stirling}[3]{\left\{ \begin{matrix}{#1} \\ {#2}\end{matrix} {#3}\right\}} \newcommand{Z}[0]{\mathbb{Z}} $$

定理

二項係数付きゼータ関数

$m\ge1$
$\beginend{align}{ f_m(x,y) \acoloneqq \sum_{n=0}^\infty \frac{(x)_n}{n!(y+n)^m} \\ F_m(x,y) \acoloneqq (m-1)!f_m(x,y) }$

超幾何関数
$\displaystyle{ f_m(x,y) = y^{-m}\hygeo{m+1}{F}{m}{x,y,\cdots,y}{y+1,\cdots,y+1}{1} }$

$\zeta^{\langle a\rangle}(s,q)$
$\displaystyle{ f_m(x,y) = \zeta^{\langle -x\rangle}(m,y) }$

$F_m(x,y) = \lr\{{\beginend{alignat}{2 &{\rm B}(1-x,y) &&{\rm if}\ m=1 \\ &\sum_{k=0}^{m-2}(-1)^k \binom{m-2}{k}\lr({\psi^{(k)}(y-x+1)-\psi^{(k)}(y)})F_{m-1-k}(x,y) \quad &&{\rm otherwise} }}.$

$m=1$の時、
$\beginend{align}{ F_1(x,y) &= f_1(x,y) = \hygeo2F1{x,y}{y+1}1 = \frac1y\frac{\Gamma(y+1)\Gamma(1-x)} {\Gamma(y-x+1)\Gamma(1)} \\&= {\rm B}(1-x,y) }$
$m>1$の時、
$\beginend{align}{ g(x,y,z) \acoloneqq \sum_{m=1}^\infty f_m(x,y)z^m = \sum_{n=0}^\infty \frac{(x)_n}{n!} \sum_{m=1}^\infty \lr({\frac z{y+n}})^m \\&= \sum_{n=0}^\infty \frac{(x)_n}{n!} \frac{\frac z{y+n}}{1-\frac z{y+n}} = z\sum_{n=0}^\infty \frac{(x)_n}{n!}\frac1{y-z+n} \\&= \frac z{y-z}\hygeo2F1{x,y-z}{y-z+1}1 \\&= \frac z{y-z} \frac{\Gamma(y-z+1)\Gamma(1-x)} {\Gamma(y-x-z+1)\Gamma(1)} \\&= z\frac{\Gamma(y-z)\Gamma(1-x)} {\Gamma(y-x-z+1)} }$
$\beginend{align}{ \frac{g^{(0,0,1)}(x,y,z)}{g(x,y,z)} &= \frac\partial{\partial z}\ln g(x,y,z) \\&= \frac1z+\psi(y-x-z+1)-\psi(y-z) \\ g^{(0,0,1)}(x,y,z) &= g(x,y,z)\lr({\frac1z+\psi(y-x-z+1)-\psi(y-z)}) \\ \asupplement{-70pt}{$z=0$でのテイラー展開の係数を比較する。} \\ mf_m(x,y) &= f_m(x,y)+ \sum_{k=0}^{m-2} \frac{(-1)^k\lr({\psi^{(k)}(y-x+1)-\psi^{(k)}(y)})} {k!}f_{m-1-k}(x,y) \\ (m-1)f_m(x,y) &= \sum_{k=0}^{m-2} \frac{(-1)^k\lr({\psi^{(k)}(y-x+1)-\psi^{(k)}(y)})} {k!}f_{m-1-k}(x,y) \\ \frac{F_m(x,y)}{(m-2)!} &= \sum_{k=0}^{m-2} \frac{(-1)^k\lr({\psi^{(k)}(y-x+1)-\psi^{(k)}(y)})} {k!(m-2-k)!}F_{m-1-k}(x,y) \\ F_m(x,y) &= \sum_{k=0}^{m-2}(-1)^k \binom{m-2}{k}\lr({\psi^{(k)}(y-x+1)-\psi^{(k)}(y)})F_{m-1-k}(x,y) }$

特殊値

$m=2$

$\displaystyle\large \sum_{n=0}^\infty \frac{(x)_n}{n!(y+n)^2} = {\rm B}(1-x,y)(\psi(y-x+1)-\psi(y))$

$x=y=\dfrac12$

$\displaystyle\large \sum_{n=0}^\infty \frac{\binom{2n}n}{(2n+1)^24^n} = \frac{\pi\ln2}2$

$m=3$

$\displaystyle\large \sum_{n=0}^\infty \frac{(x)_n}{n!(y+n)^3} = \frac{{\rm B}(1-x,y)}2\lr[{(\psi(y-x+1)-\psi(y))^2-\lr({\psi'(y-x+1)-\psi'(y)})}]$

$x=y=\dfrac12$

$\displaystyle\large \sum_{n=0}^\infty \frac{\binom{2n}n}{(2n+1)^34^n} = \frac{\pi\ln^22}4+\frac{\pi^3}{48}$

投稿日:202381

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著者の記事における命題は大半が自分で発見したものであり、 何かしらの論文などに基づいたものではありません。

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