Διλογάριθμος , log Γ και ζ(3)

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
Tolaso J Kos
Δημοσιεύσεις: 5227
Εγγραφή: Κυρ Αύγ 05, 2012 10:09 pm
Τοποθεσία: Λάρισα, Βαρκελώνη
Επικοινωνία:

Διλογάριθμος , log Γ και ζ(3)

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Tolaso J Kos » Πέμ Ιαν 12, 2017 7:05 am

Κατά τα κλασσικά με {\rm Li}_2 συμβολίζεται ο διλογάριθμος. Δειχθήτω:
\displaystyle{\zeta(3)=2\bigintsss_0^1 \bigg({\rm Li}_2 \left(e^{-2\pi i x} \right)+{\rm Li}_2 \left(e^{2\pi i x} \right) \right) \bigg)\log \Gamma(x) \; {\rm d}x}


Η φαντασία είναι σημαντικότερη από τη γνώση !
\displaystyle{{\color{blue}\mathbf{Life=\int_{birth}^{death}\frac{happiness}{time}\Delta time} }}

Λέξεις Κλειδιά:
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Διλογάριθμος , log Γ και ζ(3)

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Τρί Ιούλ 18, 2017 6:30 pm

Tolaso J Kos έγραψε:Δειχθήτω: \displaystyle{\zeta(3)=2\bigintsss_0^1 \bigg({\rm Li}_2 \left(e^{-2\pi i x} \right)+{\rm Li}_2 \left(e^{2\pi i x} \right) \right) \bigg)\log \Gamma(x) \; {\rm d}x}
Σχόλιο : από εδώ http://functions.wolfram.com/ZetaFuncti ... owAll.html γνωρίζουμε ότι \displaystyle{L{i_2}\left( z \right) + L{i_2}\left( {\frac{1}{z}} \right) =  - \frac{1}{2}{\log ^2}\left( { - z} \right) - \frac{{{\pi ^2}}}{6}} ,

οπότε \displaystyle{L{i_2}\left( {{e^{ - 2i\pi x}}} \right) + L{i_2}\left( {{e^{2i\pi x}}} \right) =  - \frac{1}{2}{\log ^2}\left( { - {e^{2i\pi x}}} \right) - \frac{{{\pi ^2}}}{6}}

\displaystyle{S = 2\int\limits_0^1 {\left( {L{i_2}\left( {{e^{ - 2i\pi x}}} \right) + L{i_2}\left( {{e^{2i\pi x}}} \right)} \right)\log \left( {\Gamma \left( x \right)} \right)dx}  = } \displaystyle{2\int\limits_0^1 {\left( { - \frac{1}{2}{{\log }^2}\left( { - {e^{2i\pi x}}} \right) - \frac{{{\pi ^2}}}{6}} \right)\log \left( {\Gamma \left( x \right)} \right)dx}  = }

\displaystyle{ = \int\limits_0^1 {\left( { - {{\log }^2}\left( {{e^{i\pi \left( {2x - 1} \right)}}} \right) - \frac{{{\pi ^2}}}{3}} \right)\log \left( {\Gamma \left( x \right)} \right)dx}  = \int\limits_0^1 {\left( { - {{\left( {i\pi \left( {2x - 1} \right)} \right)}^2} - \frac{{{\pi ^2}}}{3}} \right)\log \left( {\Gamma \left( x \right)} \right)dx}  = }

\displaystyle{ = \int\limits_0^1 {\left( {{\pi ^2}{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{{{\pi ^2}}}{3}} \right)\log \left( {\Gamma \left( x \right)} \right)dx}  = {\pi ^2}\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)\log \left( {\Gamma \left( x \right)} \right)dx} \mathop { =  =  =  = }\limits^{x \to 1 - x} }

\displaystyle{ = {\pi ^2}\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)\log \left( {\Gamma \left( {1 - x} \right)} \right)dx}  \Rightarrow 2S = } \displaystyle{{\pi ^2}\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)\left( {\log \left( {\Gamma \left( {1 - x} \right)} \right) + \log \left( {\Gamma \left( x \right)} \right)} \right)dx}  = }

\displaystyle{ = {\pi ^2}\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)\log \left( {\Gamma \left( x \right)\Gamma \left( {1 - x} \right)} \right)dx}  = {\pi ^2}\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)\log \left( {\frac{\pi }{{\sin \pi x}}} \right)dx}  = }

\displaystyle{ = {\pi ^2}\log \left( \pi  \right)\underbrace {\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)dx} }_{ = 0} - {\pi ^2}\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)\log \left( {\sin \pi x} \right)dx} } \displaystyle{ =  - {\pi ^2}\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)\log \left( {\sin \pi x} \right)dx} }

Τότε \displaystyle{S =  - \frac{{{\pi ^2}}}{2}\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)\log \left( {\sin \pi x} \right)dx} }. Όμως \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos nx}}{n}}  =  - \log 2 - \log \left( {\sin \frac{x}{2}} \right)} (αποδείχθηκε πολλαπλώς)

οπότε \displaystyle{\log \left( {\sin \pi x} \right) =  - \log 2 - \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos 2n\pi x}}{n}} }. Άρα \displaystyle{S = \frac{{{\pi ^2}}}{2}\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)\left( {\log 2 + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos 2n\pi x}}{n}} } \right)dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{{{\pi ^2}}}{2}\log 2\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)dx}  + \frac{{{\pi ^2}}}{2}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{n}\int\limits_0^1 {\left( {{{\left( {2x - 1} \right)}^2} - \frac{1}{3}} \right)\cos 2n\pi xdx} } } \displaystyle{ = \frac{{{\pi ^2}}}{2}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{n}\int\limits_0^1 {{{\left( {2x - 1} \right)}^2}\cos 2n\pi x\,dx} } }

Όμως \displaystyle{\int\limits_0^1 {{{\left( {2x - 1} \right)}^2}\cos 2n\pi x\,dx}  = \frac{2}{{{n^2}{\pi ^2}}}} (στοιχειώδες) και τελικά \displaystyle{S = \frac{{{\pi ^2}}}{2}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{2}{{{n^3}{\pi ^2}}}}  = \zeta \left( 3 \right)} :) :)




Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
Tolaso J Kos
Δημοσιεύσεις: 5227
Εγγραφή: Κυρ Αύγ 05, 2012 10:09 pm
Τοποθεσία: Λάρισα, Βαρκελώνη
Επικοινωνία:

Re: Διλογάριθμος , log Γ και ζ(3)

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Tolaso J Kos » Τετ Ιούλ 19, 2017 2:28 am

Γεια σου Σεραφείμ. Ωραιότατα. Με εντελώς Fourier ( κάπως παρόμοια ) έχουμε τα ακόλουθα:

Κάποιος εύκολα μπορεί να επαληθεύσει (\dagger) τη ταυτότητα
\displaystyle{\sum_{n=1}^\infty\frac{\cos (2 \pi n x)}{n^2}=\frac{{\rm Li}_2(e^{-2\pi i x})+{\rm Li}_2(e^{2\pi i x})}{2}} Τότε έχουμε διαδοχικά:
\displaystyle{\begin{aligned} 
\bigintsss_0^1 \bigg({\rm Li}_2 \left(e^{-2\pi i x} \right)+{\rm Li}_2 \left(e^{2\pi i x} \right) \bigg)\log \Gamma(x) \; {\rm d}x &= 2\int_{0}^{1} \log \Gamma(x) \sum_{n=1}^{\infty} \frac{\cos 2 \pi n x}{n^2} \, {\rm d}x\\  
 &= 2\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n^2} \int_{0}^{1}\cos 2 n \pi x \log \Gamma(x) \, {\rm d}x\\  
 &\overset{(*)}{=} 2 \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{4n^3} \\  
 &= \frac{\zeta(3)}{2} 
\end{aligned}} (\dagger) Αφήνεται ως άσκηση στον αναγνώστη. Φυσικά το άθροισμα των πολυλογαρίθμων πέφτει σε κάτι στοιχειώδες αφού για παράδειγμα ισχύει \displaystyle{\sum_{n=1}^{\infty} \frac{\sin nx}{n} = \frac{\pi-x}{2} \quad , \quad x \in (0, 2\pi)} όπου με κατάλληλο manipulation και ολοκλήρωση παίρνουμε το τύπο ο οποίος δε περιέχει πολυλογαρίθμους.

(*) Πρόκειται για τους συντελεστές Fourier a_n του αναπτύγματος \log \Gamma. Δηλαδή
\displaystyle{\int_{0}^{1} \cos 2 n \pi x \log \Gamma(x) \, {\rm d}x = \frac{1}{4n}}


Η φαντασία είναι σημαντικότερη από τη γνώση !
\displaystyle{{\color{blue}\mathbf{Life=\int_{birth}^{death}\frac{happiness}{time}\Delta time} }}
Απάντηση

Επιστροφή σε “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 3 επισκέπτες