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現代数学解説
文献あり

Andrews-Askeyの和公式

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$$\newcommand{bk}[0]{\boldsymbol{k}} \newcommand{bl}[0]{\boldsymbol{l}} \newcommand{BQ}[5]{{}_{#1}\psi_{#2}\left[\begin{matrix}#3\\#4\end{matrix};#5\right]} \newcommand{calA}[0]{\mathcal{A}} \newcommand{calS}[0]{\mathcal{S}} \newcommand{CC}[0]{\mathbb{C}} \newcommand{F}[5]{{}_{#1}F_{#2}\left[\begin{matrix}#3\\#4\end{matrix};#5\right]} \newcommand{inv}[0]{\mathrm{inv}} \newcommand{maj}[0]{\mathrm{maj}} \newcommand{ol}[0]{\overline} \newcommand{Q}[5]{{}_{#1}\phi_{#2}\left[\begin{matrix}#3\\#4\end{matrix};#5\right]} \newcommand{QQ}[0]{\mathbb{Q}} \newcommand{ZZ}[0]{\mathbb{Z}} $$
Andrews-Askey(1977)

\begin{align} \Q21{b^2,b^2/c}{c}{q^2;\frac{cq}{b^2}}&=\frac 12\frac{(b^2,q;q^2)_{\infty}}{(c,cq/b^2;q^2)_{\infty}}\left(\frac{(c/b;q)_{\infty}}{(b;q)_{\infty}}+\frac{(-c/b;q)_{\infty}}{(-b;q)_{\infty}}\right) \end{align}

Heineの変換公式
\begin{align} \Q21{a,b}{c}{x}&=\frac{(b,ax;q)_{\infty}}{(c,x;q)_{\infty}}\Q21{c/b,x}{ax}{b} \end{align}
において, $q\mapsto q^2$として$a\mapsto b^2/c, b\mapsto b^2, x\mapsto \frac{cq}b$として,
\begin{align} \Q21{b^2,b^2/c}{c}{q^2;\frac{cq}{b^2}}&=\frac{(b^2,q;q^2)_{\infty}}{(c,cq/b^2;q^2)_{\infty}}\Q21{c/b^2,cq/b^2}{q}{q^2;b^2}\\ &=\frac{(b^2,q;q^2)_{\infty}}{(c,cq/b^2;q^2)_{\infty}}\sum_{0\leq n}\frac{(c/b^2;q)_{2n}}{(q;q)_{2n}}b^{2n}\\ &=\frac{(b^2,q;q^2)_{\infty}}{2(c,cq/b^2;q^2)_{\infty}}\sum_{0\leq n}\frac{(c/b^2;q)_{n}}{(q;q)_{n}}(b^n+(-b)^n)\\ &=\frac{(b^2,q;q^2)_{\infty}}{2(c,cq/b^2;q^2)_{\infty}}\left(\frac{(c/b;q)_{\infty}}{(b;q)_{\infty}}+\frac{(-c/b;q)_{\infty}}{(-b;q)_{\infty}}\right) \end{align}
となって示される. 最後の等号は$q$二項定理による.

類似として, 以下のような公式もある.

\begin{align} \Q21{b^2,b^2/c}{cq^2}{q^2,\frac{cq^3}{b^2}}&=\frac 1{2b}\frac{(b^2,q;q^2)_{\infty}}{(cq^2,cq/b^2;q^2)_{\infty}}\left(\frac{(cq/b;q)_{\infty}}{(b;q)_{\infty}}-\frac{(-cq/b;q)_{\infty}}{(-b;q)_{\infty}}\right) \end{align}

先ほどと同様にHeineの変換公式を用いると,
\begin{align} \Q21{b^2,b^2/c}{cq^2}{q^2,\frac{cq^3}{b^2}}&=\frac{(b^2,q^3;q^2)_{\infty}}{(cq^2,cq^3/b^2;q^2)_{\infty}}\Q21{cq^3/b^2,cq^2/b^2}{q^3}{b^2}\\ &=\frac{(b^2,q;q^2)_{\infty}}{b(cq^2,cq/b^2;q^2)_{\infty}}\sum_{0\leq n}\frac{(cq/b^2;q)_{2n+1}}{(q;q)_{2n+1}}b^{2n+1}\\ &=\frac{(b^2,q;q^2)_{\infty}}{2b(cq^2,cq/b^2;q^2)_{\infty}}\sum_{0\leq n}\frac{(cq/b^2;q)_n}{(q;q)_n}(b^n-(-b)^n)\\ &=\frac{(b^2,q;q^2)_{\infty}}{2b(cq^2,cq/b^2;q^2)_{\infty}}\left(\frac{(cq/b;q)_{\infty}}{(b;q)_{\infty}}-\frac{(-cq/b;q)_{\infty}}{(-b;q)_{\infty}}\right) \end{align}
となって示される.

参考文献

[1]
G. E. Andrews, R. Askey, Enumeration of partitions: the role of Eulerian series and q-orthogonal polynomials, NATO Adv. Study Inst. Ser. C: Math. Phys. Sci., 31, 1977, 3-26
投稿日:2025327
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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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