リーマン予想とリーマンゼータ関数の自明な根
📂関数リーマン予想とリーマンゼータ関数の自明な根
式
次をリーマンの関数方程式という。
ζ(s)=2sπs−1sin(2πs)Γ(1−s)ζ(1−s)
説明
リーマンの関数方程式で、s∈2Z なら sin(2πs)=0 となるから、自然にζ(s)=0 と思うかもしれない。しかし、s=0 の時は右辺に ζ(1−0) が出てくるから、根も何も全く定義されなくなり、s>0 の時は
ガンマ関数の単純極:複素関数としてのガンマ関数 Γ の定義域は以下の通りだ。
C∖(Z∖N)=C∖{0,−1,−2,⋯}
それだけでなく、Γ の特異点の集合 (Z∖N) は単純極の集合だ。
Γ(1−z)=Γ(z)sinπzπ
によれば、Γ(1−s) の単純極 sinπs1 がサイン項 sin(2πs) をキャンセルして根にならない。だから、残った負の偶数 s∈−2N が全部ζ の根になるが、これをリーマンゼータ関数の自明な根trivial Root of Riemann zeta functionと呼ぶ。その名も有名なリーマン予想は、これら自明な根を除外した非自明な根に関する仮説だ。
導出
リーマンのザイ関数の定義と対称性:次のように定義された関数 ξ をリーマンのザイ関数という。
ξ(s):=21s(s−1)π−s/2ζ(s)Γ(2s)
ξ(1−s)=ξ(s)
対称性により
π−s/2Γ(2s)ζ(s)=π−1/2+s/2Γ(21−2s)ζ(1−s)
両辺に πs/2 を掛けると
Γ(2s)ζ(s)=π−1/2+sΓ(21−2s)ζ(1−s)
オイラーの反射公式:
Γ(p)Γ(1−p)=sin(πp)π
オイラーの反射公式で p=s/2 とすると
Γ(s/2)Γ(1−s/2)=sin(πs/2)π
従って
ζ(s)==π−1/2+sΓ(21−2s)ζ(1−s)π1Γ(1−s/2)sin(πs/2)π−3/2+sΓ(21−s)Γ(1−2s)sin(2πs)ζ(1−s)⋯(∗)
ルジャンドルの倍角公式:
Γ(2r)=π22r−1Γ(r)Γ(21+r)
ルジャンドルの倍角公式で r=21−s とすると
Γ(1−s)=2−sπ−1/2Γ(21−s)Γ(1−2s)
従って(∗) に代入すると
ζ(s)===π−3/2+sΓ(21−s)Γ(1−2s)sin(2πs)ζ(1−s)π−3/2+s2sπ+1/2Γ(1−s)sin(2πs)ζ(1−s)2sπs−1sin(2πs)Γ(1−s)ζ(1−s)
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