Funkcio zeta de Riemann

Ĉi tiu artikolo temas pri unu el pluraj funkcioj nomitaj "zeta" (ankaŭ skribite per greka litero "ζ"). Koncerne aliajn signifojn aliru la apartigilon Funkcio ζ (apartigilo).

Funkcio zeta de Riemann aŭ Funkcio zeta de Euler kaj Riemann aŭ Rimana ζ funkcio (skribite per greka litero ζ) aŭ Rimana funkcio zeto estas unu el specialaj funkcioj, nomita laŭ Bernhard Riemann kaj difinata per formulo:

${\zeta }(z)=\sum _{n=1}^{\infty }\left({\frac {1}{n}}\right)^{z}$

Serio estas konverĝa por valoroj de z, kies reala parto estas pli granda ol 1. Por la aliaj z estas uzata la analitika vastigaĵo.

Kun funkcio estas kunigata unu el plej gravaj problemoj de hodiaŭa matematiko – hipotezo de Riemann.

Ecoj

Por nombroj $z$ kiuj havas realan parton malpli granda ol 1, valoro de funkcio ζ povas esti kalkulita el formulo:

${\zeta }(z)=2^{z}\pi ^{1/z}\Gamma (1-z){\zeta }(1-z)$

kaj $\Gamma$ estas funkcio Γ de Euler.

Diagramo de ζ(x)

Kelkaj valoroj

$\zeta (2)=1+{\frac {1}{2^{2}}}+{\frac {1}{3^{2}}}+\ldots ={\frac {\pi ^{2}}{6}}$

$\zeta (4)=1+{\frac {1}{2^{4}}}+{\frac {1}{3^{4}}}+\ldots ={\frac {\pi ^{4}}{90}}$

$\zeta (8)=1+{\frac {1}{2^{8}}}+{\frac {1}{3^{8}}}+\ldots ={\frac {\pi ^{8}}{9450}}$

La funkcio Zeto kiel Malfinia Produto

Ojler montris ke

$\zeta (z)=\prod _{{\text{prima }}p}\left(1-{\frac {1}{p^{z}}}\right)^{-1}=\left(1-{\frac {1}{2^{z}}}\right)^{-1}\left(1-{\frac {1}{3^{z}}}\right)^{-1}\left(1-{\frac {1}{5^{z}}}\right)^{-1}\ldots$

Ĉi tiu formulo veras por ĉiu $z$ kies reela parto estas pli ol $1$.

Ojler deduktis tion sekvamaniere. Unue, rimarku ke

$\zeta (z)=1+{\frac {1}{2^{z}}}+{\frac {1}{3^{z}}}\ldots$ $\implies \zeta (z){\frac {1}{2^{z}}}={\frac {1}{2^{z}}}+{\frac {1}{4^{z}}}+{\frac {1}{6^{z}}}\ldots$

Per subtraho, oni trovas

$\zeta (z)\left(1-{\frac {1}{2^{z}}}\right)=1+{\frac {1}{3^{z}}}+{\frac {1}{5^{z}}}\ldots$

En la dekstra flanko, estas nur la malparaj entjeroj. Pro tio,

$\zeta (z)\left(1-{\frac {1}{2^{z}}}\right){\frac {1}{3^{z}}}={\frac {1}{3^{z}}}+{\frac {1}{9^{z}}}+{\frac {1}{15^{z}}}+\ldots$

Alia subtraho vidigas ke

$\zeta (z)\left(1-{\frac {1}{2^{z}}}\right)\left(1-{\frac {1}{3^{z}}}\right)=1+{\frac {1}{5^{z}}}+{\frac {1}{7^{z}}}+\ldots$

Ĉiu nombro dividebla per $3$ estante subtrahita, supre restas nur la malparaj nombroj kiuj estas nedivideblaj per $3$. Simile,

$\zeta (z)\left(1-{\frac {1}{2^{z}}}\right)\left(1-{\frac {1}{3^{z}}}\right)\left(1-{\frac {1}{5^{z}}}\right)=1+{\frac {1}{7^{z}}}+{\frac {1}{11^{z}}}+\ldots$

kie, en la dekstra flanko, aperas la entjeraj nombroj kiujn oni ne povas dividi per $2,3$ aŭ $5$ (kaj nur tiuj).

Induktive, en la maldekstra flanko aperas la produto $\zeta (z)\prod _{{\text{prima }}p}\left(1-{\frac {1}{p^{z}}}\right)$, kaj la dekstra nombra konverĝas al $1$. Oni tuj atingas la proponatan egalecon.

Rimarko: la serio kiu difinas $\zeta$ konverĝas absolute, se la reala parto de $z$ estas pli ol $1$. Tio permesas montri que la dekstra limito estas $1$.

Vidu ankaŭ

• ZetaGrid