この記事では前回の記事に引き続きラマヌジャン・佐藤級数についての論文Chan, Cooper(2012)を読んでいきます。
Chan-Chan-Liuの手法では
のような数列に対し直接
という級数を考えていたが、超幾何関数型の円周率公式はまず
という級数を考えてからClausenの公式
を用いることで導出できるのであった。
Chan-Cooperの手法ではこれの次のような一般化を考えている。
によって定める。このとき
が成り立つ。
上に挙げたClausenの公式はこの第一式の
とおいたとき
が成り立つので上の定理が適用でき(
に注意すると
が得られる。
ちなみに下では
が成り立つことに注意すると
と表せるので
と取ることになる。
やることとしては両辺が同じ微分方程式と同じ初期値を満たすことを確認するだけである。いま
とおいたときこれの満たす微分方程式は
と表せ、これを展開すると
となることに注意する。
またこれは
以降の議論は単純に計算するだけであるが、手計算でどうにかするのは非常に面倒なので省略する。
このような公式の発見的な方法についても中々興味深い理論が広がっているようだが、まだ私の理解が浅いためここで解説できる段階にはないのが悲しいところ。いつかちゃんと理解してみたい。
とおいたとき、上のような数列
が成り立つ。
第一式については
に注意すると上の定理からわかる。第二式については
および
に注意して第一式を
いま上の定義だけだと級数
が
これについては漸化式に対するポアンカレやペロンの定理として知られる以下の結果が役に立つ。
数列
であって、その係数
またポアンカレ型の漸化式に対して定まる方程式
のことを特性方程式と言う。
ポアンカレ型の漸化式
に対し、その解
・ある
・特性方程式のある解
この結果によると
であり、このことから
と評価できる。したがってコーシーの収束判定法より
はそれぞれ
また
が成り立つことにも注意したい。
ちなみにペロンの定理の一般化として次のような定理が知られている。
を考える。このとき
を満たすとすると
・ある
・
なる解
が成り立つ。
これは
なる微分方程式を考えたとき、
これも中々興味深い話題ではあるのだが、足を踏み入れるには少し深そうな気がするのでまた気が向いたときに勉強しようと思う。
あとはある整数
と表せるような保型形式
という円周率公式が構成できるわけである。
この記事では一旦具体的な
ラマヌジャンの考えた円周率公式
はこの
はこの
また佐藤猛 氏の発表した円周率公式
は
は
しかし
Wikipedia
で提示されているものを見るに円周率公式を構成できる