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6φ5のq超幾何級数の部分和の和公式

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

非負整数$n$に対して,
\begin{align} \sum_{k=0}^n\frac{(1-aq^{2k})(a,b,c,a/bc;q)_k}{(1-a)(aq/b,aq/c,bcq,q;q)_k}q^k&=\frac{(aq,bq,cq,aq/bc;q)_n}{(aq/b,aq/c,bcq,q;q)_n} \end{align}

が成り立つ.

Jacksonの${}_8\phi_7$和公式
\begin{align} \Q87{a,\sqrt aq,-\sqrt aq,b,c,d,e,q^{-n}}{\sqrt a,-\sqrt a,aq/b,aq/c,aq/d,aq/e,aq^{n+1}}q&=\frac{(aq,aq/bc,aq/bd,aq/cd;q)_n}{(aq/b,aq/c,aq/d,aq/bcd;q)_n}\qquad(a^2q^{n+1}=bcde) \end{align}
より, $e=aq^{n+1}$とすると, $d=a/bc$となり,
\begin{align} \sum_{k=0}^n\frac{(1-aq^{2k})(a,b,c,a/bc;q)_k}{(1-a)(aq/b,aq/c,bcq,q;q)_k}q^k&=\frac{(aq,aq/bc,bq,cq;q)_n}{(aq/b,aq/c,bcq,q;q)_n} \end{align}
となって示される.

上の証明はJacksonの和公式を用いたが, 左辺の項は$n$に依存していないので, $n$に関して差分を考えることによっても証明できる. 古典的な場合は以下のようになる.

非負整数$n$に対して,
\begin{align} \sum_{k=0}^n\frac{(a+2k)(a,b,c,a-b-c)_k}{a(1+a-b,1+a-c,1+b+c)_kk!}&=\frac{(1+a,1+b,1+c,1+a-b-c)_n}{(1+a-b,1+a-c,1+b+c)_nn!} \end{align}

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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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