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多重ゼータ値とその類似 Part1

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Definition.

   Cr=22r(2rr), Pr=(1)r(π2)2r+1(2r+1)!, Qr=(1)r(π2)2r(2r)!

   ζn(k)=0<n1<<nrnnktn(k)=0n1<<nrn(2n+1)kξn(k)=0<n1<<nrn(2n)kSnA(k)=0<n1<<nrnCn11(2n)kSnB(k)=0n1<<nrnCn1(2n+1)k

 
Theorem 1. m,nZ0に対して次の式が成り立つ。

[1.1.1]   0π2x2mcos2nxdx=(1)m(2m)!Cni=0mPmiξn({2}i)

[1.1.2]   0π2x2mcos2n+1xdx=(1)m(2m)!(2n+1)Cni=0mQmitn({2}i)

[1.1.3]   0π2x2m+1cos2nxdx=(1)m+1(2m+1)!Cn(SnA({2}m+1)+i=0mQmi+1ξn({2}i))

[1.1.4]   0π2x2m+1cos2n+1xdx=(1)m(2m+1)!(2n+1)Cn(i=0mPmitn({2}i)SnB(1,{2}m))

[1.1.5]   0π2x2msin2nxdx=(1)m(2m)!Cn(i=0mPmiξn({2}i)i=1mPmiSnA({2}i))

[1.1.6]   0π2x2msin2n+1xdx=(1)m(2m)!(2n+1)Cn(tn({2}m)i=0mPmiSnB(1,{2}i1))

[1.1.7]   0π2x2m+1sin2nxdx=(1)m(2m+1)!Cn(i=0mQmiSnA({2}i+1)i=0mQmi+1ξn({2}i))

[1.1.8]   0π2x2m+1sin2n+1xdx=(1)m(2m+1)!(2n+1)Cni=0mQmiSnB(1,{2}i)

 
Proof.
 
いずれも同じような部分積分をし,漸化式を解くことで容易に求まるので,[1.1.1]のみ証明を示す。

   I(m,n)=0π2x2mcos2nxdx
 
とおく。部分積分し整理すれば,

   2nI(m,n)=(2m1)2m2nI(m1,n)+(2n1)I(m,n1)
 
を得る。両辺12nCnを掛けると

   I(m,n)Cn=(2m1)2m(2n)2CnI(m1,n)+I(m,n1)Cn1=i=1n(2m1)2m(2i)2CiI(m1,i)+I(m,0)C0=i=1n(2m1)2m(2i)2CiI(m1,i)+(π2)2m+12m+1
 
両辺1(2m)!を掛けると

   I(m,n)(2m)!Cn=(π2)2m+1(2m+1)!i=1n1(2i)2I(m1,i)(2m2)!Ci=(π2)2m+1(2m+1)!i=1n1(2i)2((π2)2m1(2m1)!j=1i1(2j)2I(m2,j)(2m4)!Cj)==(1)mi=0mPmiξn({2}i)

 
Corollary 1.1.

[1.2.1]   limni=0mPmiξn({2}i)=0  (mZ>0)

[1.2.2]   limni=0mQmitn({2}i)=0  (mZ>0)

[1.2.3]   limn(SnA({2}m+1)+i=0mQmi+1ξn({2}i))=0  (mZ0)

[1.2.4]   limn(i=0mPmitn({2}i)SnB(1,{2}m))=0  (mZ0)

 
Proof.

   limn1Cn0π2xmcos2nxdx=0,  limn(2n+1)Cn0π2xmcos2n+1xdx=0
 
より明らか。

 
Corollary 1.2.

[1.3.1]   i=0mPmi0<nξn({2}i)ξn1({2}a1)(2n)2=(1)m(π2)2a+2m+1(2a+2m+1)!

[1.3.2]   i=0mQmi0ntn({2}i)tn1({2}a1)(2n+1)2=(1)m(π2)2a+2m(2a+2m)!

[1.3.3]   0<nξn1({2}a1)(2n)2(SnA({2}m+1)+i=0mQmi+1ξn({2}i))=(1)m+1(π2)2a+2m+2(2a+2m+2)!

[1.3.4]   0ntn1({2}a1)(2n+1)2(i=0mPmitn({2}i)SnB(1,{2}m))=(1)m(π2)2a+2m+1(2a+2m+1)!

[1.3.5]   0<nξn1({2}a1)(2n)2(i=0mPmiξn({2}i)i=1mPmiSnA({2}i))=(1)m(π2)2a+2m+1(2a+2m+1)(2a)!(2m)!

[1.3.6]   0ntn1({2}a1)(2n+1)2(tn({2}m)i=0mPmiSnB(1,{2}i1))=(1)m(π2)2a+2m(2a+2m)(2a1)!(2m)!

[1.3.7]   0<nξn1({2}a1)(2n)2(i=0mQmiSnA({2}i+1)i=0mQmi+1ξn({2}i))=(1)m(π2)2a+2m+2(2a+2m+2)(2a)!(2m+1)!

[1.3.8]   i=0mQmi0ntn1({2}a1)(2n+1)2SnB(1,{2}i)=(1)m(π2)2a+2m+1(2a+2m+1)(2a1)!(2m+1)!

 
Proof.

   0<nξn1({2}a1)(2n)2Cnsin2nx=x2a(2a)!,  0nCntn1({2}a1)2n+1sin2n+1x=x2a1(2a1)!
 
より明らか。

 
Corollary 1.3.

[1.4.1]   i=0mPmi0<nCn2ξn({2}i)2n=(1)m(2m)!0π2x2mln21+sinxdx

[1.4.1]   i=0mQmi0ntn({2}i)(2n+1)2Cn2=(1)m(2m)!0π2x2m(π2x)sinxdx

 
Proof.

   0<nCn2nxn=ln21+1x,  0nx2n+1(2n+1)Cn=sin1x1x2
 
より明らか。

 
Remarks.
 複素解析などにより,Corollary 1.3の右辺の積分は計算できるが,ここでは省く。
 いずれにしても,都合がいいMaclaurin expansionを適応することで,積分を計算できるものにした。
 著者はTheorem 1をもとに様々な結果を得た。導出過程は省くが,結果だけいくつか列挙する。

 
Corollary 1.4. Er : Euler number

[1.5.1]   0hξn({2}h)=1(2n+1)Cn2

[1.5.2]   0<hSnA({2}h)=1(2n+1)Cn(1Cn1)

[1.5.3]   0<nCnζn({2}a1)n2=4ζ(2a1,1)2ζ(2a)

[1.5.4]   0nSnB(1,{2}a1)(2n+1)2Cn=2t(2a+1)

[1.5.5]   0ntn({2}a1)(2n+1)3Cn2=4at(2a+1)πi=0a1E2iQiβ(2a2i)

[1.5.6]   0nE2aQatn({2}a)(2n+1)2Cn2=2(2a+1)β(2a+2)2E2aQaπi=0a1E2iQit(2a2i+1)

投稿日:2021725

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