リーマン・ゼータ関数とフルヴィッツ・ゼータ関数のハンケル経路積分
リーマン・ゼータ関数とフルヴィッツ・ゼータ関数のハンケル経路積分
\(\zeta\left(\alpha,\beta\right)\)はフルヴィッツ・ゼータ関数
\(\Gamma\left(s\right)\)はガンマ関数
(1)フルヴィッツ・ゼータ関数のハンケル経路積分
\[ \zeta\left(s,\alpha\right)=-\frac{\Gamma\left(1-s\right)}{2\pi i}\int_{C}\frac{\left(-z\right)^{s-1}e^{-\alpha z}}{1-e^{-z}}dz \] \(C\)は正の実軸を反時計回りに回る経路(2)リーマン・ゼータ関数のハンケル経路積分
\[ \zeta\left(s\right)=-\frac{\Gamma\left(1-s\right)}{2\pi i}\int_{C}\frac{\left(-z\right)^{s-1}e^{-z}}{1-e^{-z}}dz \] \(C\)は正の実軸を反時計回りに回る経路-
\(\zeta\left(\alpha\right)\)はリーマン・ゼータ関数\(\zeta\left(\alpha,\beta\right)\)はフルヴィッツ・ゼータ関数
\(\Gamma\left(s\right)\)はガンマ関数
(1)
\(C_{1}\)は正の実軸の上側を無限から0までマイナス方向に進む経路\(C_{2}\)は原点の回りを反時計回りで1周する経路
\(C_{3}\)は正の実軸の下側を0から無限までプラス方向に進む経路
とする。
\begin{align*} \zeta\left(s,\alpha\right) & =\frac{1}{\Gamma\left(s\right)}\int_{0}^{\infty}\left(\frac{t^{s-1}e^{-\alpha t}}{1-e^{-t}}\right)dt\\ & =\frac{\sin\left(\pi s\right)\Gamma\left(1-s\right)}{\pi}\int_{0}^{\infty}\left(\frac{t^{s-1}e^{-\alpha t}}{1-e^{-t}}\right)dt\\ & =\frac{\left(e^{i\pi s}-e^{-i\pi s}\right)\Gamma\left(1-s\right)}{2\pi i}\int_{0}^{\infty}\left(\frac{t^{s-1}e^{-\alpha t}}{1-e^{-t}}\right)dt\\ & =-\frac{\left(e^{i\pi\left(s-1\right)}-e^{-i\pi\left(s-1\right)}\right)\Gamma\left(1-s\right)}{2\pi i}\int_{0}^{\infty}\left(\frac{t^{s-1}e^{-\alpha t}}{1-e^{-t}}\right)dt\\ & =-\frac{\Gamma\left(1-s\right)}{2\pi i}\left(\int_{0}^{\infty}\frac{\left(e^{i\pi}t\right)^{s-1}e^{-\alpha t}}{1-e^{-t}}dt+\int_{\infty}^{0}\frac{\left(e^{-i\pi}t\right)^{s-1}e^{-\alpha t}}{1-e^{-t}}dt\right)\\ & =-\frac{\Gamma\left(1-s\right)}{2\pi i}\left(\int_{0}^{\infty}\frac{\left(e^{2i\pi}e^{-i\pi}t\right)^{s-1}e^{-\alpha t}}{1-e^{-t}}dt+\int_{\infty}^{0}\frac{\left(e^{-i\pi}t\right)^{s-1}e^{-\alpha t}}{1-e^{-t}}dt\right)\\ & =-\frac{\Gamma\left(1-s\right)}{2\pi i}\left(\int_{C_{3}}\frac{\left(-z\right)^{s-1}e^{-\alpha z}}{1-e^{-z}}dz+\int_{C_{1}}\frac{\left(-z\right)^{s-1}e^{-\alpha z}}{1-e^{-z}}dz\right)\\ & =-\frac{\Gamma\left(1-s\right)}{2\pi i}\left(\int_{C_{3}}\frac{\left(-z\right)^{s-1}e^{-\alpha z}}{1-e^{-z}}dz+\int_{C_{1}}\frac{\left(-z\right)^{s-1}e^{-\alpha z}}{1-e^{-z}}dz+\int_{C_{2}}\frac{\left(-z\right)^{s-1}e^{-\alpha z}}{1-e^{-z}}dz\right)\\ & =-\frac{\Gamma\left(1-s\right)}{2\pi i}\int_{C}\frac{\left(-z\right)^{s-1}e^{-\alpha z}}{1-e^{-z}}dz \end{align*}
(2)
\begin{align*} \zeta\left(s\right) & =\zeta\left(s,1\right)\\ & =-\frac{\Gamma\left(1-s\right)}{2\pi i}\int_{C}\frac{\left(-z\right)^{s-1}e^{-z}}{1-e^{-z}}dz \end{align*}ページ情報
タイトル | リーマン・ゼータ関数とフルヴィッツ・ゼータ関数のハンケル経路積分 |
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(*)フルヴィッツの公式
\[
\zeta\left(1-s,a\right)=\frac{\Gamma\left(s\right)}{\left(2\pi\right)^{s}}\left\{ e^{-i\frac{\pi s}{2}}\Li_{s}\left(e^{2\pi ia}\right)+e^{i\frac{\pi s}{2}}\Li_{s}\left(e^{-2\pi ia}\right)\right\}
\]
フルヴィッツ・ゼータ関数の第2引数での微分とテーラー展開
\[
\frac{\partial^{n}}{\partial z^{n}}\zeta\left(s,z\right)=P\left(-s,n\right)\zeta\left(s+n,z\right)
\]
リーマンゼータ関数の関数等式
\[
\pi^{-\frac{s}{2}}\Gamma\left(\frac{s}{2}\right)\zeta(s)=\pi^{-\frac{1-s}{2}}\Gamma\left(\frac{1-s}{2}\right)\zeta(1-s)
\]
リーマン・ゼータ関数のローラン展開
\[
\zeta\left(s\right)=\frac{1}{s-1}-\frac{1}{2}-s\int_{1}^{n}\frac{t-\left\lfloor t\right\rfloor -\frac{1}{2}}{t^{s+1}}dt
\]