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大学数学基礎解説
文献あり

ζ(s,∙∙∙,s)の一般項

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$$\newcommand{acoloneqq}[0]{\ &\hspace-2pt\coloneqq} \newcommand{ar}[1]{\operatorname{ar{#1}}} \newcommand{asupplement}[1]{&\hspace{#1}\textsf} \newcommand{beginend}[2]{{\begin{#1}#2\end{#1}}} \newcommand{bm}[0]{\boldsymbol} \newcommand{C}[0]{\mathbb{C}} \newcommand{Defarrow}[0]{\xLeftrightarrow{\textrm{def}}} \newcommand{FORMATDETECTION}[0]{}$$$${} \newcommand{hen}[1]{{(\textrm{{#1}辺})}} \newcommand{hygeo}[6]{{{}_{#1}{#2}_{#3}\lr[{\beginend{matrix}{{#4}\\ {#5}}\ ;{#6}}]}} \newcommand{kfrac}[0]{\mathop{\Large\raise-.8pt{\textrm K}}} \newcommand{Kfrac}[0]{\mathop{\huge\raise-2.2pt{\textrm K}}} \newcommand{kome}[0]{\textreferencemark} \newcommand{leftshiftarrow}[0]{{\substack{\curvearrowright\\ \leftharpoondown}}} \newcommand{lr}[3]{{\left#1{#2}\right#3}} \newcommand{lvvr}[3]{\lr{#1}{\negmedspace\lr|{#2}|\negmedspace}{#3}} \newcommand{N}[0]{\mathbb{N}} \newcommand{ot}[0]{\leftarrow} \newcommand{P}[0]{\mathbb{P}} \newcommand{Q}[0]{\mathbb{Q}} \newcommand{R}[0]{\mathbb{R}} \newcommand{range}[1]{\rangeex{}{#1}{}} \newcommand{Range}[1]{\Rangeex{}{#1}{}} \newcommand{rangeex}[5]{\Rangeex{#1}{#2}{#3}{#4}{#5},} \newcommand{Rangeex}[6]{{#1{#2}_{#4}#3#6\cdots#6#1{#2}_{#5}#3}} \newcommand{rightshiftarrow}[0]{{\substack{\curvearrowleft\\ \rightharpoondown}}} \newcommand{rmIm}[0]{\operatorname{Im}} \newcommand{rmRe}[0]{\operatorname{Re}} \newcommand{rprod}[0]{\mathop{\prod\!\llap\coprod}} \newcommand{sahen}[0]{\hen左} \newcommand{SETUP}[0]{}\require{physics}{} \newcommand{slfrac}[2]{{{}^{#1}\hspace-4pt\diagup\hspace-4pt_{#2}}} \newcommand{stirling}[3]{\lr[{\beginend{matrix}{{#1}\\ {#2}}{#3}}]} \newcommand{Stirling}[3]{\lr\{{\beginend{matrix}{{#1}\\ {#2}}{#3}}\}} \newcommand{uhen}[0]{\hen右} \newcommand{vbin}[1]{\mathbin{{#1}\!\llap|\ }} \newcommand{Z}[0]{\mathbb{Z}} $$
本題
$ \large\beginend{alignat}{2 &\zeta{\qty(\{s\}^m)} &&= \sum_{j=1}^m (-1)^{m-j} &&\sum_{0=\Range k0j<=m} \prod_{l=1}^j \frac{\zeta((k_l-k_{l-1})s)}{k_l} \\ &\zeta^\star{\qty(\{s\}^m)} &&= \sum_{j=1}^m &&\sum_{0=\Range k0j<=m} \prod_{l=1}^j \frac{\zeta((k_l-k_{l-1})s)}{k_l} }$

定義

$\zeta(\varnothing) \coloneqq \zeta^\star(\varnothing) \coloneqq 1$

$\vbin<$

$\bm s:1\to m \Defarrow \bm s \coloneqq (s_1,\range s2m)$
$a\vbin<\bm x_{[1\to m]} \Defarrow a< x_1< x_2<\cdots< x_m$
$\displaystyle \prod_{1\to m} \bm n^{-\bm s} \coloneqq \prod_{k=1}^m n_k^{-s_k}$

$\beginend{align}{ S_m(s,t) \acoloneqq \sum_{k=0}^m \zeta{\qty(\{s\}^k,t,\{s\}^{m-k})} \\ S^\star_m(s,t) \acoloneqq \sum_{k=0}^m \zeta^\star{\qty(\{s\}^k,t,\{s\}^{m-k})} }$

定理

$\beginend{alignat}{2 &S_m(s,t) = \zeta{\qty(\{s\}^m)}\zeta(t) &&- S_{m-1}(s,s+t) \\ &S^\star_m(s,t) = \zeta^\star{\qty(\{s\}^m)}\zeta(t) &&+ S^\star_{m-1}(s,s+t) }$

本題

$\beginend{alignat}{2 &\zeta{\qty(\{s\}^m)} &&= \sum_{j=1}^m (-1)^{m-j} &&\sum_{0=\vbin<\bm k_{[0\to j]}=m} \prod_{l=1}^j \frac{\zeta((k_l-k_{l-1})s)}{k_l} \\ &\zeta^\star{\qty(\{s\}^m)} &&= \sum_{j=1}^m &&\sum_{0=\vbin<\bm k_{[0\to j]}=m} \prod_{l=1}^j \frac{\zeta((k_l-k_{l-1})s)}{k_l} }$

1行目

$\beginend{align}{ \sahen &= \frac{S_{m-1}(s,s)}m \\&= \frac1m\sum_{n=1}^m (-1)^{n-1}\zeta(ns)\zeta{\qty(\{s\}^{m-n})} \quad\because\textsf{補題1} \\&= \frac1m\sum_{n=0}^{m-1} (-1)^{m-1-n}\zeta((m-n)s)\zeta{\qty(\{s\}^n)} \\&= \frac{(-1)^{m-1}}m\qty[\zeta(ms) + \sum_{0< n< m} (-1)^n\zeta((m-n)s)\zeta{\qty(\{s\}^n)}] \\&= \frac{(-1)^{m-1}}m\qty(\zeta{(ms)} - \sum_{0< n_1< m} \frac{\zeta((m-n_1)s)}{n_1}\qty(\zeta{(n_1s)} - \sum_{0< n_2< n_1} \frac{\zeta((n_1-n_2)s)}{n_2}\qty(\zeta{(n_2s)} - \sum_{0< n_3< n_2} \frac{\zeta((n_2-n_3)s)}{n_3}\Bigg(\cdots\Bigg)))) \\&= \uhen }$

2行目

$S^\star_m(s,t)$の漸化式は$S_m(s,t) $のものと比較して第2項の符号が$+$である為、
$-$が生じず、それ以外は1行目と同じである。

一般化

$\bm f:1\to m$
$\beginend{alignat}{3 &G(\bm f) &\acoloneqq \sum_{-1\vbin<\bm n_{[1\to m]}} \prod \bm f(\bm n)\\ &G^\star(\bm f) &\acoloneqq \sum_{0\vbin\le\bm n_{[1\to m]}} \prod \bm f(\bm n) }$
$\beginend{alignat}{2 &G{\qty(\{f\}^m)} &&= \sum_{j=1}^m (-1)^{m-j} &&\sum_{0=\vbin<\bm k_{[0\to j]}=m} \prod_{l=1}^j \frac{G{\qty(f^{k_l-k_{l-1}})}}{k_l} \\ &G^\star{\qty(\{f\}^m)} &&= \sum_{j=1}^m &&\sum_{0=\vbin<\bm k_{[0\to j]}=m} \prod_{l=1}^j \frac{G{\qty(f^{k_l-k_{l-1}})}}{k_l} }$

これは本題の左辺を交項級数等の類似物に置き換えても展開できることを意味します。

$\displaystyle H^\pm_m(f) \coloneqq \sum_{j=1}^m (\pm1)^{m-j} \sum_{0=\vbin<\bm k_{[0\to j]}=m} \prod_{l=1}^j \frac{G{\qty(f^{k_l-k_{l-1}})}}{k_l}$
$G{\qty(\{f\}^m)}=H^-_m(f), G^\star{\qty(\{f\}^m)}=H^+_m(f)$

$m$$m!H^\pm_m(f)$
$1$$G(f)$
$2$$G(f)^2 \pm G{\qty(f^2)}$
$3$$G(f)^3 \pm3G(f)G{\qty(f^2)} +2G{\qty(f^3)}$
$4$$G(f)^4 \pm6G(f)^2G{\qty(f^2)} + 8G(f)G{\qty(f^3)} +3G{\qty(f^2)}^2 \pm6G{\qty(f^4)}$

参考文献

投稿日:20231017
更新日:20231130

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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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