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現代数学解説
文献あり

Kaneko-Yamamoto型多重ゼータ値の和公式

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

多重ゼータ値, 多重ゼータスター値はそれぞれ
\begin{align} \zeta(k_1,\dots,k_r)&:=\sum_{0< n_1<\cdots< n_r}\frac 1{n_1^{k_1}\cdots n_r^{k_r}}\\ \zeta^{\star}(k_1,\dots,k_r)&:=\sum_{0< n_1\leq \cdots\leq n_r}\frac 1{n_1^{k_1}\cdots n_r^{k_r}}\\ \end{align}
によって定義される. それらを統一する一般化としてKaneko-Yamamoto型多重ゼータ値を
\begin{align} \zeta\left(\begin{matrix}k_1,\dots,k_r\\l_1,\dots,l_s\end{matrix};a\right):=\sum_{0< n_1<\cdots< n_r< j\geq m_s\geq\cdots\geq m_1>0}\frac 1{n_1^{k_1}\cdots n_r^{k_r}j^am_1^{l_1}\cdots m_s^{l_s}} \end{align}
によって定義する. これはKaneko-Yamamotoの積分級数等式に現れる形の級数である. これに関して, 以下の和公式が知られている.

Bachmann-Kadota-Suzuki-Yamamoto-Yamasaki(2023)

整数$k\geq r+s+2$に対し,
\begin{align} \sum_{\substack{1\leq k_1,\dots,k_r,l_1,\dots,l_s,2\leq a\\k_1+\cdots+k_r+a+l_1+\cdots+l_s=k}}\zeta\left(\begin{matrix}k_1,\dots,k_r\\l_1,\dots,l_s\end{matrix};a\right)=\binom{k-1}s\zeta(k) \end{align}
が成り立つ.

今回はこの和公式の母関数を用いた証明を与えたいと思う.

まず,
\begin{align} &\sum_{r+s+2\leq k}x^{k-r-s-2}\sum_{\substack{1\leq k_1,\dots,k_r,l_1,\dots,l_s,2\leq a\\k_1+\cdots+k_r+a+l_1+\cdots+l_s=k}}\zeta\left(\begin{matrix}k_1,\dots,k_r\\l_1,\dots,l_s\end{matrix};a\right)\\ &=\sum_{1\leq k_1,\dots,k_r,l_1,\dots,l_s,2\leq a}x^{k_1-1}\cdots x^{k_r-1}\cdots x^{l_1-1}\cdots x^{l_s-1}\cdot x^{a-2}\sum_{0< n_1<\cdots< n_r< j\geq m_s\geq\cdots\geq m_1>0}\frac 1{n_1^{k_1}\cdots n_r^{k_r}j^am_1^{l_1}\cdots m_s^{l_s}}\\ &=\sum_{0< n_1<\cdots< n_r< j\geq m_s\geq\cdots\geq m_1>0}\frac 1{(n_1-x)\cdots (n_r-x)j(j-x)(m_1-x)\cdots (m_s-x)} \end{align}
が成り立つ. これより,
\begin{align} &\sum_{0\leq r,s}y^rz^s\sum_{r+s+2\leq k}x^{k-r-s-2}\sum_{\substack{1\leq k_1,\dots,k_r,l_1,\dots,l_s,2\leq a\\k_1+\cdots+k_r+a+l_1+\cdots+l_s=k}}\zeta\left(\begin{matrix}k_1,\dots,k_r\\l_1,\dots,l_s\end{matrix};a\right)\\ &=\sum_{0\leq r,s}y^rz^s\sum_{0< n_1<\cdots< n_r< j\geq m_s\geq\cdots\geq m_1>0}\frac 1{(n_1-x)\cdots (n_r-x)j(j-x)(m_1-x)\cdots (m_s-x)}\\ &=\sum_{0\leq j}\frac 1{j(j-x)}\sum_{0\leq r}y^r\sum_{0< n_1<\cdots< n_r< j}\frac 1{(n_1-x)\cdots (n_r-x)}\sum_{0\leq s}z^s\sum_{0< m_1\leq\cdots\leq m_s\leq j}\frac 1{(m_1-x)\cdots (m_s-x)}\\ &=\sum_{0\leq j}\frac 1{j(j-x)}\prod_{0< n< j}\left(1+\frac{y}{n-x}\right)\cdot\prod_{0< m\leq j}\left(1-\frac{z}{m-x}\right)^{-1}\\ &=\sum_{0\leq j}\frac{\prod_{0< n< j}\left(n-x+y\right)}{j\prod_{0< m\leq j}\left(m-x-z\right)} \end{align}
を得る. ここで, $z=0$とすると 多重ゼータ値の和公式 より
\begin{align} &\sum_{0\leq j}\frac{\prod_{0< n< j}\left(n-x+y\right)}{j\prod_{0< m\leq j}\left(m-x\right)}\\ &=\sum_{0\leq r}y^r\sum_{r+2\leq k}x^{k-r-2}\sum_{\substack{1\leq k_1,\dots,k_r,2\leq a\\k_1+\cdots+k_r+a=k}}\zeta\left(k_1,\dots,k_r,a\right)\\ &=\sum_{0\leq r}y^r\sum_{r+2\leq k}x^{k-r-2}\zeta(k)\\ &=\sum_{0\leq r}y^r\sum_{r+2\leq k}x^{k-r-2}\sum_{0< n}\frac 1{n^k}\\ &=\sum_{0< n}\frac 1{(n-x)(n-y)} \end{align}
を得る. ここで, $x,y$$x+z,y+z$に置き換えて先ほどの等式と合わせると
\begin{align} &\sum_{0\leq r,s}y^rz^s\sum_{r+s+2\leq k}x^{k-r-s-2}\sum_{\substack{1\leq k_1,\dots,k_r,l_1,\dots,l_s,2\leq a\\k_1+\cdots+k_r+a+l_1+\cdots+l_s=k}}\zeta\left(\begin{matrix}k_1,\dots,k_r\\l_1,\dots,l_s\end{matrix};a\right)\\ &=\sum_{0\leq j}\frac{\prod_{0< n< j}\left(n-x+y\right)}{j\prod_{0< m\leq j}\left(m-x-z\right)}\\ &=\sum_{0< n}\frac 1{(n-x-z)(n-y-z)}\\ &=\sum_{0\leq r}y^r\sum_{r+2\leq k}x^{k-r-2}\sum_{0< n}\frac 1{(n-z)^k}\\ &=\sum_{0\leq r,s}y^rz^s\sum_{r+2\leq k}x^{k-r-2}\binom{k+s-1}{s}\sum_{0< n}\frac 1{n^{k+s}}\\ &=\sum_{0\leq r,s}y^rz^s\sum_{r+s+2\leq k}x^{k-r-s-2}\binom{k-1}{s}\sum_{0< n}\frac 1{n^{k}}\qquad(k\mapsto k-s) \end{align}
となる. よって両辺の$x^{k-r-s-2}y^rz^s$の係数を比較して
\begin{align} \sum_{\substack{1\leq k_1,\dots,k_r,l_1,\dots,l_s,2\leq a\\k_1+\cdots+k_r+a+l_1+\cdots+l_s=k}}\zeta\left(\begin{matrix}k_1,\dots,k_r\\l_1,\dots,l_s\end{matrix};a\right)=\binom{k-1}s\zeta(k) \end{align}
を得る.

特に$r=0$とすると多重ゼータスター値の和公式
\begin{align} \sum_{\substack{1\leq k_1,\dots,k_{r-1},2\leq k_r\\k_1+\cdots+k_r=k}}\zeta^{\star}(k_1,\dots,k_r)&=\binom{k-1}{r-1}\zeta(k) \end{align}
を得ることができる. Kaneko-Yamamoto型の多重ゼータ値は, anti-hook型のSchur多重ゼータ値であり, Bachmann-Kadota-Suzuki-Yamamoto-Yamasakiの論文においては, 他にも様々な形のSchur多重ゼータ値の和公式が示されている.

参考文献

[1]
H. Bachmann, S. Kadota, Y. Suzuki, S. Yamamoto, Y. Yamasaki, Sum formulas for Schur multiple zeta values, Journal of Combinatorial Theory, Series A, 2023
投稿日:3日前
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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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