Barnesの第1補題に2通りの証明を与える.
12πi∫−i∞i∞Γ(a+s)Γ(b+s)Γ(c−s)Γ(d−s)ds=Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(a+b+c+d)
留数定理により,12πi∫−i∞i∞Γ(a+s)Γ(b+s)Γ(c−s)Γ(d−s)ds=∑0≤nRess=c+nΓ(a+s)Γ(b+s)Γ(c−s)Γ(d−s)+∑0≤nRess=d+nΓ(a+s)Γ(b+s)Γ(c−s)Γ(d−s)=∑0≤n(−1)nn!Γ(a+c+n)Γ(b+c+n)Γ(d−c−n)+∑0≤n(−1)nn!Γ(a−d+n)Γ(b−d+n)Γ(c−d−n)=Γ(a+c)Γ(b+c)Γ(d−c)2F1[a+c,b+c1+c−d;1]+Γ(a+d)Γ(b+d)Γ(c−d)2F1[a+d,b+d1+d−c;1]=Γ(a+c)Γ(b+c)Γ(d−c)Γ(1+c−d)Γ(1−a−b−c−d)Γ(1−a−d)Γ(1−b−d)+Γ(a+d)Γ(b+d)Γ(c−d)Γ(1+d−c)Γ(1−a−b−c−d)Γ(1−a−c)Γ(1−b−c)=Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(a+b+c+d)sinπ(a+d)sinπ(b+d)−sinπ(a+c)sinπ(b+c)sinπ(d−c)sinπ(a+b+c+d)=Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(a+b+c+d)となって示される.
Mellin逆変換公式より,F(s)=∫0∞xs−1f(x)dxG(s)=∫0∞xs−1g(x)dxとするとき,∫0∞f(x)g(x)dx=12πi∫0∞g(x)∫−i∞i∞F(t)x−tdtdx=12πi∫−i∞i∞F(t)G(1−t)dtが成り立つ. よって,f(x)=xb(1+x)ag(x)=xc(1+x)dとすると, ベータ積分より,F(s)=Γ(b+s)Γ(a−b−s)Γ(a)G(s)=Γ(d+s)Γ(c−d−s)Γ(c)であるから,Γ(b+d+1)Γ(a+c−b−d−1)Γ(a+c)=∫0∞xb+d(1+x)a+cdx=12πiΓ(a)Γ(c)∫−i∞i∞Γ(b+s)Γ(a−b−s)Γ(1+d−s)Γ(c−d−1+s)dsを得る. よって, 文字を適当に置き換えることによって,12πi∫−i∞i∞Γ(a+s)Γ(b+s)Γ(c−s)Γ(d−s)ds=Γ(a+c)Γ(a+d)Γ(b+c)Γ(b+d)Γ(a+b+c+d)が得られる.
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