Apéryho konstanta - Apérys constant - Wikipedia
Binární | 1.0011001110111010… |
Desetinný | 1.2020569031595942854… |
Hexadecimální | 1,33 BA004F00621383… |
Pokračující zlomek | Všimněte si, že tato pokračující část je nekonečná, ale není známo, zda tato pokračující část je periodicky nebo ne. |
v matematika, na křižovatce teorie čísel a speciální funkce, Apéryho konstanta je součet z reciproční pozitivního kostky. To znamená, že je definován jako číslo
kde ζ je Funkce Riemann zeta. Má přibližnou hodnotu[1]
The konstantní je pojmenován po Roger Apéry. Vzniká přirozeně v řadě fyzikálních problémů, včetně elektronů druhého a třetího řádu gyromagnetický poměr použitím kvantová elektrodynamika. Vzniká také při analýze náhodné minimální kostry[2] a ve spojení s funkce gama při řešení určitých integrálů zahrnujících exponenciální funkce v kvocientu, které se příležitostně objevují ve fyzice, například při hodnocení dvojrozměrného případu Debye model a Stefan – Boltzmannův zákon.
Iracionální číslo
ζ(3) byl pojmenován Apéryho konstanta po francouzském matematikovi Roger Apéry, který v roce 1978 dokázal, že se jedná o iracionální číslo.[3] Tento výsledek je znám jako Apéryho věta. Původní důkaz je složitý a těžko uchopitelný,[4] a jednodušší důkazy byly nalezeny později.[5]
Beukersův zjednodušený důkaz iracionality zahrnuje aproximaci integrantu známého trojného integrálu pro ,
podle Legendární polynomy Zejména článek van der Poortena tento přístup zaznamenává a upozorňuje na to
kde , jsou Legendární polynomy a podsekvence jsou celá čísla nebo téměř celá čísla.
Stále není známo, zda Apéryho konstanta je transcendentální.
Sériové reprezentace
Klasický
Kromě základní řady:
Leonhard Euler dal sérii reprezentaci:[6]
v roce 1772, který byl následně několikrát znovuobjeven.[7]
Další klasická reprezentace sérií zahrnují:
Rychlá konvergence
Od 19. století našla řada matematiků řadu zrychlení konvergence pro výpočet desetinných míst ζ(3). Od 90. let se toto hledání zaměřuje na výpočetně efektivní řady s rychlými konvergenčními rychlostmi (viz část „Známé číslice ").
Následující reprezentaci série našel A. A. Markov v roce 1890,[8] nově objevený Hjortnaesem v roce 1953,[9] a znovu objeven a široce inzerován Apéry v roce 1979:[3]
Následující reprezentace řady dává (asymptoticky) 1,43 nových správných desetinných míst na člen:[10]
Následující reprezentace řady dává (asymptoticky) 3,01 nových správných desetinných míst na člen:[11]
Následující reprezentace řady dává (asymptoticky) 5,04 nových správných desetinných míst na člen:[12]
Používá se k výpočtu Apéryho konstanty s několika miliony správných desetinných míst.[13]
Následující reprezentace řady dává (asymptoticky) 3,92 nových správných desetinných míst na člen:[14]
Číslice po číslici
V roce 1998 Broadhurst dal sérii reprezentaci, která umožňuje libovolné binární číslice vypočítat, a tedy získat konstantu v téměř lineární čas, a logaritmický prostor.[15]
Ostatní
Následující zastoupení série našel Ramanujan:[16]
Následující zastoupení série našel Simon Plouffe v roce 1998:[17]
Srivastava (2000) shromáždil mnoho sérií, které konvergují k Apéryho konstantě.
Integrální reprezentace
Existuje celá integrální reprezentace Apéryho konstanty. Některé z nich jsou jednoduché, jiné jsou komplikovanější.
Jednoduché vzorce
Například tento vyplývá ze součtové reprezentace Apéryho konstanty:
- .
Další dva vycházejí přímo ze známých integrálních vzorců pro Funkce Riemann zeta:
a
- .
Ten vyplývá z Taylorovy expanze χ3(Eix) o X = ±π/2, kde χν(z) je Legendre chi funkce:
Všimněte si podobnosti s
kde G je Katalánská konstanta.
Složitější vzorce
Mezi další vzorce patří:[18]
- ,
a,[19]
- ,
Smícháním těchto dvou vzorců lze získat:
- ,
Symetrií,
- ,
Sečtením obou,.
Taky,[20]
- .
Spojení s deriváty společnosti funkce gama
je také velmi užitečný pro odvození různých integrálních reprezentací pomocí známých integrálních vzorců pro gama a polygamma-funkce.[21]
Známé číslice
Počet známých číslic Apéryho konstanty ζ(3) během posledních desetiletí dramaticky vzrostl. To je způsobeno jak zvyšujícím se výkonem počítačů, tak vylepšením algoritmů.
datum | Desetinná čísla | Výpočet provedl |
---|---|---|
1735 | 16 | Leonhard Euler |
neznámý | 16 | Adrien-Marie Legendre |
1887 | 32 | Thomas Joannes Stieltjes |
1996 | 520000 | Greg J. Poplatek & Simon Plouffe |
1997 | 1000000 | Bruno Haible a Thomas Papanikolaou |
Květen 1997 | 10536006 | Patrick Demichel |
Února 1998 | 14000074 | Sebastian Wedeniwski |
Březen 1998 | 32000213 | Sebastian Wedeniwski |
Červenec 1998 | 64000091 | Sebastian Wedeniwski |
Prosince 1998 | 128000026 | Sebastian Wedeniwski[1] |
Září 2001 | 200001000 | Shigeru Kondo a Xavier Gourdon |
Únor 2002 | 600001000 | Shigeru Kondo a Xavier Gourdon |
Únor 2003 | 1000000000 | Patrick Demichel a Xavier Gourdon[22] |
Dubna 2006 | 10000000000 | Shigeru Kondo a Steve Pagliarulo |
21. ledna 2009 | 15510000000 | Alexander J. Yee & Raymond Chan[23] |
15. února 2009 | 31026000000 | Alexander J. Yee & Raymond Chan[23] |
17. září 2010 | 100000001000 | Alexander J. Yee[24] |
23. září 2013 | 200000001000 | Robert J. Setti[24] |
7. srpna 2015 | 250000000000 | Ron Watkins[24] |
21. prosince 2015 | 400000000000 | Dipanjan Nag[25] |
13. srpna 2017 | 500000000000 | Ron Watkins[24] |
26. května 2019 | 1000000000000 | Ian Cutress[26] |
26. července 2020 | 1200000000100 | Seungmin Kim[27][28] |
Reciproční
The reciproční z ζ(3) je pravděpodobnost že jakékoli tři kladná celá čísla, náhodně vybrané, bude relativně prime (v tom smyslu, že jako N jde do nekonečna, pravděpodobnost, že tři kladná celá čísla menší než N náhodně vybrané rovnoměrně budou relativně prvotní přístupy k této hodnotě).[29]
Rozšíření na ζ(2n + 1)
Mnoho lidí se pokusilo rozšířit Apéryho důkaz ζ(3) je iracionální vůči ostatním hodnotám funkce zeta s lichými argumenty. Nekonečně mnoho čísel ζ(2n + 1) musí být iracionální,[30] a alespoň jedno z čísel ζ(5), ζ(7), ζ(9), a ζ(11) musí být iracionální.[31]
Viz také
Poznámky
- ^ A b Wedeniwski (2001).
- ^ Frieze (1985).
- ^ A b Apéry (1979).
- ^ van der Poorten (1979).
- ^ Beukers (1979); Zudilin (2002).
- ^ Euler (1773).
- ^ Srivastava (2000), str. 571 (1,11).
- ^ Markov (1890).
- ^ Hjortnaes (1953).
- ^ Amdeberhan (1996).
- ^ Amdeberhan & Zeilberger (1997).
- ^ Wedeniwski (1998); Wedeniwski (2001). Ve své zprávě Simonovi Plouffeovi Sebastian Wedeniwski uvádí, že z tohoto vzorce odvozil Amdeberhan & Zeilberger (1997). Rok objevu (1998) je zmíněn v Tabulka rekordů Simona Plouffeho (8. dubna 2001).
- ^ Wedeniwski (1998); Wedeniwski (2001).
- ^ Mohammed (2005).
- ^ Broadhurst (1998).
- ^ Berndt (1989, kapitola 14, vzorce 25.1 a 25.3).
- ^ Plouffe (1998).
- ^ Jensen (1895).
- ^ Beukers (1979).
- ^ Blagouchine (2014).
- ^ Evgrafov a kol. (1969), cvičení 30.10.1.
- ^ Gourdon a Sebah (2003).
- ^ A b Yee (2009).
- ^ A b C d Yee (2017).
- ^ Nag (2015).
- ^ Záznamy vytvořené y-cruncherem, vyvoláno 8. června 2019
- ^ Záznamy vytvořené y-cruncherem, archivovány z originál dne 2020-08-10, vyvoláno 10. srpna 2020
- ^ Apéryho neustálý světový rekord Seungmin Kim, vyvoláno 28. července 2020
- ^ Mollin (2009).
- ^ Rivoal (2000).
- ^ Zudilin (2001).
Reference
- Amdeberhan, Tewodros (1996), "Rychlejší a rychlejší konvergentní série pro ", El. J. Combinat., 3 (1).
- Amdeberhan, Tewodros; Zeilberger, Doron (1997), „Hypergeometrická akcelerace řady metodou WZ“, El. J. Combinat., 4 (2), arXiv:matematika / 9804121, Bibcode:Matematika 1998 ... 4121A.
- Apéry, Roger (1979), „Irrationalité de et ", Astérisque, 61: 11–13.
- Berndt, Bruce C. (1989), Ramanujanovy notebooky, část II, Springer.
- Beukers, F. (1979), „Poznámka o iracionalitě a ", Býk. London Math. Soc., 11 (3): 268–272, doi:10.1112 / blms / 11.3.268.
- Blagouchine, Iaroslav V. (2014), „Znovuobjevení Malmstenových integrálů, jejich hodnocení metodami konturové integrace a některé související výsledky“, Deník Ramanujan, 35 (1): 21–110, doi:10.1007 / s11139-013-9528-5, S2CID 120943474.
- Broadhurst, D.J. (1998), Polylogaritmické žebříky, hypergeometrické řady a desetimilionté číslice a , arXiv:math.CA/9803067.
- Euler, Leonhard (1773), „Exercitationes analyticae“ (PDF), Novi Commentarii Academiae Scientiarum Petropolitanae (v latině), 17: 173–204, vyvoláno 2008-05-18.
- Evgrafov, M. A .; Bezhanov, K. A .; Sidorov, Y. V .; Fedoriuk, M. V .; Shabunin, M. I. (1969), Sbírka problémů v teorii analytických funkcí [v ruštině], Moskva: Nauka.
- Frieze, A. M. (1985), „O hodnotě náhodného minimálního problému překlenujícího stromu“, Diskrétní aplikovaná matematika, 10 (1): 47–56, doi:10.1016 / 0166-218X (85) 90058-7, PAN 0770868.
- Gourdon, Xavier; Sebah, Pascal (2003), Apéryho konstanta: .
- Hjortnaes, M. M. (srpen 1953), Overføring av rekken til et bestemt integrální, v Proc. 12. skandinávský matematický kongres, Lund, Švédsko: Scandinavian Mathematical Society, s. 211–213.
- Jensen, Johan Ludwig William Valdemar (1895), „Note numéro 245. Deuxième réponse. Remarques příbuzní aux réponses du MM. Franel et Kluyver“, L'Intermédiaire des Mathématiciens, II: 346–347.
- Markov, A. A. (1890), „Mémoire sur la transformation des séries peu conversgentes en séries très conversgentes“, Mém. De l'Acad. Imp. Sci. De St. Pétersbourg, t. XXXVII, č. 9: 18pp.
- Mohammed, Mohamud (2005), „Nekonečné rodiny zrychlených řad pro některé klasické konstanty metodou Markov-WZ“, Diskrétní matematika a teoretická informatika, 7: 11–24.
- Mollin, Richard A. (2009), Pokročilá teorie čísel s aplikacemi, Diskrétní matematika a její aplikace, CRC Press, s. 220, ISBN 9781420083293.
- Plouffe, Simon (1998), Identity inspirované notebooky Ramanujan II.
- Rivoal, Tanguy (2000), „La fonction zêta de Riemann prend une infinité de valeurs irrationnelles aux entiers impairs“, Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série I, 331 (4): 267–270, arXiv:matematika / 0008051, Bibcode:2000CRASM.331..267R, doi:10.1016 / S0764-4442 (00) 01624-4, S2CID 119678120.
- Srivastava, H. M. (prosinec 2000), „Některé rodiny rychle konvergentních reprezentací sérií pro funkce Zeta“ (PDF), Taiwanský žurnál matematiky, 4 (4): 569–599, doi:10.11650 / twjm / 1500407293, OCLC 36978119, vyvoláno 2015-08-22.
- van der Poorten, Alfred (1979), „Důkaz, který Eulerovi chyběl ... Apéryho důkaz iracionality " (PDF), Matematický zpravodaj, 1 (4): 195–203, doi:10.1007 / BF03028234, S2CID 121589323, archivovány z originál (PDF) dne 06.07.2011.
- Wedeniwski, Sebastian (2001), Simon Plouffe (ed.), Hodnota Zeta (3) na 1 000 000 míst Projekt Gutenberg (Zpráva Simonovi Plouffeovi se všemi desetinnými místy, ale s kratším textem, který upravil Simon Plouffe).
- Wedeniwski, Sebastian (13. prosince 1998), Hodnota Zeta (3) na 1 000 000 míst (Zpráva Simonovi Plouffeovi, s původním textem, ale pouze s několika desetinnými místy).
- Yee, Alexander J. (2009), Velké výpočty.
- Yee, Alexander J. (2017), Zeta (3) - Apéryho konstanta
- Nag, Dipanjan (2015), Vypočtena Apéryho konstanta na 400 000 000 000 digit, světový rekord
- Zudilin, Wadim (2001), „Jedno z čísel , , , je iracionální ", Russ. Matematika. Surv., 56 (4): 774–776, Bibcode:2001RuMaS..56..774Z, doi:10.1070 / RM2001v056n04ABEH000427.
- Zudilin, Wadim (2002), Základní důkaz Apéryho věty, arXiv:matematika / 0202159, Bibcode:2002math ...... 2159Z.
Další čtení
- Ramaswami, V. (1934), „Poznámky k Riemannově -funkce", J. London Math. Soc., 9 (3): 165–169, doi:10.1112 / jlms / s1-9.3.165.
externí odkazy
- Weisstein, Eric W., "Apéryho konstanta", MathWorld
- Plouffe, Simon, Zeta (3) nebo Apéry konstantní na 2 000 míst
- Setti, Robert J. (2015), Apéryho konstanta - Zeta (3) - 200 miliard číslic, archivovány z originál dne 8. 10. 2013.
Tento článek včlení materiál od Apéryho konstanta na PlanetMath, který je licencován pod Creative Commons Attribution / Share-Alike License.