アーベルの級数変形法とアーベルの総和公式

アーベルの級数変形法とアーベルの総和公式
数列の総和について次が成り立つ。

(1)アーベルの級数変形法

数列an,bnがあり、Ak=j=1kajとするとき、
k=1nakbk=Anbnk=1n1Ak(bk+1bk) が成り立つ。
これをアーベルの級数変形法という。

(2)アーベルの総和公式

数列anと関数b(x)があり、A(x)=j=1xajとするとき、
k=xyakb(k)=A(y)b(y)xyA(t)b(t)dt が成り立つ。
これをアーベルの総和公式という。

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アーベルの総和公式を確認してみる。
an=1,b(x)=1xsとする。
1xのとき、
A(x)=j=1xaj=j=1x1=x となるので、
A(m)b(m)1mA(t)b(t)dt=mms+1mtsts+1dt=mms+k=1m1kk+1ksts+1dt=1ms1+k=1m1kskk+11ts+1dt=1ms1+k=1m1ks[1sts]kk+1=1ms1k=1m1k[1ts]kk+1=1ms1k=1m1k(1(k+1)s1ks)=1ms1k=1m1(k(k+1)s1ks1)=1ms1k=1m1(k+1(k+1)s1(k+1)s1ks1)=1ms1k=1m1(1(k+1)s11ks11(k+1)s)=1ms1(1ms11k=1m11(k+1)s)=1+k=2m1ks=k=1m1ks=k=1makb(k) となるので、アーベルの総和公式が成り立っているのがわかる。

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an=1,b(t)=1tとおくと、A(x)=j=1xaj=xなので、
k=1x1k=A(x)b(x)1xA(t)b(t)dt=xx+1xtt2dt=xx1x(ttt21t)dt=1xxx+logx1x({t}t2)dt=1{x}x+logx1x({t}t2)dt=1{x}x+logx1({t}t2)dt+x({t}t2)dt=logx+11({t}t2)dt+x({t}t2)dt=logx+γ+O(1x)(γ=11({t}t2)dt) となる。
ここでγはオイラー・マスケローニ定数である。

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an=1,b(t)=logtとおくと、A(x)=j=1xaj=xなので、
k=1xlogk=A(x)b(x)1xA(t)b(t)dt=xlogx1xttdt=(x{x})logx1x(t{t}t)dt=(x{x})logx[t]1x+1x{t}tdt=xlogxx+1{x}logx+1x{t}tdt=xlogxx+1+O(logx) となる。
次も成り立つ。
x<kyakb(k)=x<kyakxyδ(tk)b(t)dt=limδ+0x<kyakx+δy+δδ(tk)b(t)dt=limδ+0x<kyak([H(tk)b(t)]x+δy+δx+δy+δH(tk)b(t)dt)=limδ+0x<kyak{H(y+δk)b(y+δ)H(x+δk)b(xδ)x+δy+δH(tk)b(t)dt}=x<kyakb(y)x<kyakb(x)δk,xlimδ+0x+δy+δx<kyakH(tk)b(t)dt=A(y)b(y)axb(x)δx,xlimδ+0xδy+δx<kyakb(t)dt=A(y)b(y)axb(x)δx,xxyA(t)b(t)dt

(1)

k=1nakbk=k=1n(AkAk1)bk=k=1nAkbkk=1nAk1bk=k=1nAkbkk=0n1Akbk+1=AnbnA0b1+k=1n1Akbkk=1n1Akbk+1=Anbnk=1n1Ak(bk+1bk)

(2)

k=xyakb(k)=k=xyakxyδ(tk)b(t)dt=k=xyakxyδ(tk)b(t)dt=limδ+0k=xyakxδy+δδ(tk)b(t)dt=limδ+0k=xyak([H(tk)b(t)]xδy+δxδy+δH(tk)b(t)dt)=limδ+0k=xyak{H(y+δk)b(y+δ)H(xδk)b(xδ)xδy+δH(tk)b(t)dt}=k=xyakb(y)limδ+0xδy+δk=xyakH(tk)b(t)dt=A(y)b(y)limδ+0xδy+δk=xtakb(t)dt=A(y)b(y)xyA(t)b(t)dt
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