天王星 その3

 予想L-3の確認を続けます。π/15代入,π/17代入の場合を調べました。


2004/7/28 <cos(x/2)/sin(x/2)=2(sinx + sin2x +・・ )の重回積分-重回微分にπ/15を代入>

 @の統一的法則性の結果に、π/15を代入した場合を調べます。

  cos(x/2)/sin(x/2)=2(sinx + sin2x + sin3x + sin4x + ・・・)  -----@

まずは@を重回積分-重回微分した結果を書き下します。

[重回積分、重回微分した一連の式]
  ・
  ・
4回微分
 {2sin(x/2)・sin(x/2)+4(2+cosx)cos(x/2)}/(sin(x/2))^5=2^4sinx + 4^4sin2x + 6^4sin3x + 8^4sin4x + ・・・・

3回微分
 (2+cosx)/(sin(x/2))^4=2^3cosx + 4^3cos2x + 6^3cos3x + 8^3cos4x + ・・・・

2回微分
 cos(x/2)/(sin(x/2))^3=-(2^2sinx + 4^2sin2x + 6^2sin3x + 8^2sin4x + ・・・・) 

1回微分
  -1/(sin(x/2))^2=2(2cosx + 4cos2x + 6cos3x + 8cos4x + ・・・・) 

0回積分
  cos(x/2)/sin(x/2)=2(sinx + sin2x + sin3x + sin4x + ・・・・) 

1回積分
  log(2sin(x/2))=-(cosx/1 + cos2x/2 + cos3x/3 + ・・・)

2回積分
 ∫log(2sin(x/2))=-(sinx/1^2 + sin2x/2^2 + sin3x/3^2 + ・・・)

3回積分
 ∫∫log(2sin(x/2))=(cosx/1^3 + cos2x/2^3 + cos3x/3^3 + ・・・) - ζ(3)

4回積分
 ∫∫∫log(2sin(x/2))=(sinx/1^4 + sin2x/2^4 + sin3x/3^4 + ・・・) - ζ(3)・x/1!

5回積分
 ∫∫∫∫log(2sin(x/2))=-(cosx/1^5 + cos2x/2^5 + cos3x/3^5 + ・・・) + ζ(5) - ζ(3)・x^2/2!

6回積分
 ∫∫∫∫∫log(2sin(x/2))
     =-(sinx/1^6 + sin2x/2^6 + sin3x/3^6 + ・・・) + ζ(5)・x/1! - ζ(3)・x^3/3!

7回積分
 ∫∫∫∫∫∫log(2sin(x/2))
     =(cosx/1^7 + cos2x/2^7 + cos3x/3^7 + ・・・) - ζ(7) + ζ(5) ・x^2/2! - ζ(3)・x^4/4!

8回積分
 ∫∫∫∫∫∫∫log(2sin(x/2))
    =(sinx/1^8 + sin2x/2^8 + sin3x/3^8 + ・・・) - ζ(7)・x/1! + ζ(5)・x^3/3! - ζ(3)・x^5/5!

  ・
  ・
と、このように上下に延々と続いていきます。すべての∫は0〜xの定積分、またdx・・dxは略しました。

 上の式の x にπ/15を代入すると、次のようになります。

2回積分のみ!を書き下します。それで十分なことはすぐ後で述べます。

[π/15代入の式]
 2回積分
  -{A・(1/1^2 + 1/14^2 - 1/16^2 - 1/29^2 + 1/31^2 + 1/44^2 - 1/46^2 - 1/59^2 +・・・)
    + B・(1/2^2 + 1/13^2 - 1/17^2 - 1/28^2 + 1/32^2 + 1/43^2 - 1/47^2 - 1/58^2 +・・・)
    + C・(1/3^2 + 1/12^2 - 1/18^2 - 1/27^2 + 1/33^2 + 1/42^2 - 1/48^2 - 1/57^2 +・・・)
    + D・(1/4^2 + 1/11^2 - 1/19^2 - 1/26^2 + 1/34^2 + 1/41^2 - 1/49^2 - 1/56^2 +・・・)
    + E・(1/5^2 + 1/10^2 - 1/20^2 - 1/25^2 + 1/35^2 + 1/40^2 - 1/50^2 - 1/55^2 +・・・)
    + F・(1/6^2 + 1/9^2 - 1/21^2 - 1/24^2 + 1/36^2 + 1/39^2 - 1/51^2 - 1/54^2 +・・・)
    + G・(1/7^2 + 1/8^2 - 1/22^2 - 1/23^2 + 1/37^2 + 1/38^2 - 1/52^2 - 1/53^2 +・・・)}
                                                  =(0〜π/15) log(2sin(x/2))

 となります。

ここで、A=sin(π/15)、B=sin(2π/15)、C=sin(3π/15)、D=sin(4π/15)、E=sin(5π/15)、F=sin(6π/15)、
G=sin(7π/15)。
上で右辺の重回積分は一番左の(最後の)∫だけが0〜π/15の定積分で、他の∫はすべて0〜xの定積分。

 予想L−3を書きます。
[私の予想L-3](非明示の場合)

  mが4n+1の整数のとき、k=|m|とおく。(mは整数で、1以外の平方数で割り切れないものである)
 @式の重回積分-重回微分の結果に q π/k を代入すると、導手NがN=k (つまりN=|m|)である2次体Q(√m)
に対応するディリクレのL関数L(χ,s)か、あるいはその分身(複数)が、必ず出現する。

 ここで分身(複数)とは、それらを足したり引いたりして上の条件を満たすL(χ,s)を導出できる級数を指す。
なおk, q は整数で、0 <|q π/k|< 2π 且つ kとq は互いに素。

 そして、上の2次体Q(√m)が2次体であるならばそれに対応するL(χ,s)は偶数回の微分・積分の所に現れ、
2次体であるならば対応するL(χ,s)は奇数回の微分・積分の所に現れる。

  cos(x/2)/sin(x/2)=2(sinx + sin2x + sin3x + sin4x + ・・・)  -----@
                                   (0 <|x|< 2π)


 さて、上のπ/15代入の結果が、この予想を支持しているか否か以下見ましょう。
いまπ/15代入ですから、もちろん、k=15です。よって、導手NがN=15であり、且つ15=|m|である虚2次体Q(√-15)
に対応するL(χ,s)が出現してくるはずです。

 またいま次体Q(√-15)が考察の対象ですから、予想L-3の後半からQ(√-15)に対応するL(χ,s)は偶数回の
微分・積分の所に現れているはずだとなります。よって、上で2回積分のみに注目したのです。

 上の2回積分の結果は、予想L-3を成立させているのでしょうか?
 結論からいえば、ここでも予想L−3は成り立っているのですが、以下説明します。

 2回積分の4つの青字の級数はLS(s)の分身とよぶべき級数であったのです。
LS(s)は初出ですので定義を書きます。次のもので、ディリクレのL関数L(χ,s)の一種です。

 LS(s)=(1/1^s + 1/2^s + 1/4^s - 1/7^s + 1/8^s - 1/11^s - 1/13^s - 1/14^s)
      + (1/16^s + 1/17^s + 1/19^s - 1/22^s + 1/23^s - 1/26^s - 1/28^s - 1/29^s) +・・・

 (注意: + - はこの()の単位で延々とくり返されていく。)

上をディリクレ指標χ(a)を用いて表現すると、次のようになります。
 LS(s)は、mod 15に対応したχ(a)をもち、
「 a≡1 or 2 or 4 or 8 mod 15-->χ(a)=1、
  a≡7 or 11 or 13 or 14 mod 15 -->χ(a)=-1、
  それ以外のaではχ(a)=0」
というχ(a)に対応したL(χ,s)となります。そして、このχ(a)の導手はN=15です。

 じつは、LS(s)はQ(√-15)に対応するL(χ,s)となっているのです。
 LS(s)がQ(√-15)に対応するL(χ,s)であることは、平方剰余の相互法則と補充則を使って私が手計算で確め
ました。

 さて、2回積分の4つの青字の級数たちがLS(s)の分身であることを示します。

[分身であることを示す]
係数A,B,D,Gにかかる級数をそれぞれA1,B1,D1,G1と表すと、次のようになる。
  A1=1/1^2 + 1/14^2 - 1/16^2 - 1/29^2 + 1/31^2 + 1/44^2 - 1/46^2 - 1/59^2 +・・・
  B1=1/2^2 + 1/13^2 - 1/17^2 - 1/28^2 + 1/32^2 + 1/43^2 - 1/47^2 - 1/58^2 +・・・
  D1=1/4^2 + 1/11^2 - 1/19^2 - 1/26^2 + 1/34^2 + 1/41^2 - 1/49^2 - 1/56^2 +・・・
  G1=1/7^2 + 1/8^2 - 1/22^2 - 1/23^2 + 1/37^2 + 1/38^2 - 1/52^2 - 1/53^2 +・・・

さて、A1- B1 - D1 - G1を計算すると、
A1- B1 - D1 - G1
=(1/1^2 + 1/14^2 - 1/16^2 - 1/29^2 + 1/31^2 + 1/44^2 - 1/46^2 - 1/59^2 + ・・・)
 - (1/2^2 + 1/13^2 - 1/17^2 - 1/28^2 + 1/32^2 + 1/43^2 - 1/47^2 - 1/58^2 + ・・・)
 - (1/4^2 + 1/11^2 - 1/19^2 - 1/26^2 + 1/34^2 + 1/41^2 - 1/49^2 - 1/56^2 + ・・・)
 - (1/7^2 + 1/8^2 - 1/22^2 - 1/23^2 + 1/37^2 + 1/38^2 - 1/52^2 - 1/53^2 + ・・・)

=1/1^2 - 1/2^2 - 1/4^2 - 1/7^2 - 1/8^2 - 1/11^2 - 1/13^2 + 1/14^2
        - 1/16^2 + 1/17^2 + 1/19^2 + 1/22^2 + 1/23^2 + 1/26^2 + 1/28^2 - 1/29^2 + ・・・

=1/1^2 + 1/2^2 + 1/4^2 - 1/7^2 + 1/8^2 - 1/11^2 - 1/13^2 - 1/14^2
        + 1/16^2 + 1/17^2 + 1/19^2 - 1/22^2 + 1/23^2 - 1/26^2 - 1/28^2 - 1/29^2 + ・・・
          + (-2/2^2 - 2/4^2 - 2/8^2 + 2/14^2 - 2/16^2 + 2/22^2 + 2/26^2 + 2/28^2 + ・・・)

=LS(2) - 2/2^2・(1/1^2 + 1/2^2 + 1/4^2 - 1/7^2 + 1/8^2 - 1/11^2 - 1/13^2 - 1/14^2 + ・・・)
=LS(2) - 1/2・LS(2)
=(1 - 1/2)・LS(2)

となり、上で定義したLS(s)の特殊値LS(2)が出てくるのである!
  A1,B1,D1,G1を「A1- B1 - D1 - G1」のように組み合わせると、このようにLS(s)を構成することができるので
ある。
これで、A1,B1,D1,G1はLS(s)の分身であることがわかった。
終わり。

 よって予想通り、ちゃんと虚2次体Q(√-15)に対応するL(χ,s)が分身の姿で出現していることがわかり
ました
 π/15代入でも、やはり予想L-3は成立していました。




2004/8/7 <cos(x/2)/sin(x/2)=2(sinx + sin2x +・・ )の重回積分-重回微分にπ/17を代入>

 次の@の統一的法則性の結果に、π/17を代入した場合を調べます。

  cos(x/2)/sin(x/2)=2(sinx + sin2x + sin3x + sin4x + ・・・)  -----@

 一つ上のπ/15の[重回積分、重回微分した一連の式] x にπ/17を代入すると、次のようになります。
π/17代入の計算はこれがはじめてです。
3回積分のみ!を書き下しますが、それで十分なことは(一つ上でも述べましたが)すぐ後で説明します。

[π/17代入の式]
   ・
   ・
3回積分
  A・(1/1^3 - 1/16^3 - 1/18^3 + 1/33^3 + 1/35^3 - 1/50^3 - 1/52^3 + 1/67^3 +・・・)
  + B・(1/2^3 - 1/15^3 - 1/19^3 + 1/32^3 + 1/36^3 - 1/49^3 - 1/53^3 + 1/66^3 +・・・)
  + C・(1/3^3 - 1/14^3 - 1/20^3 + 1/31^3 + 1/37^3 - 1/48^3 - 1/54^3 + 1/65^3 +・・・)
  + D・(1/4^3 - 1/13^3 - 1/21^3 + 1/30^3 + 1/38^3 - 1/47^3 - 1/55^3 + 1/64^3 +・・・)
  + E・(1/5^3 - 1/12^3 - 1/22^3 + 1/29^3 + 1/39^3 - 1/46^3 - 1/56^3 + 1/63^3 +・・・)
  + F・(1/6^3 - 1/11^3 - 1/23^3 + 1/28^3 + 1/40^3 - 1/45^3 - 1/57^3 + 1/62^3 +・・・)
  + G・(1/7^3 - 1/10^3 - 1/24^3 + 1/27^3 + 1/41^3 - 1/44^3 - 1/58^3 + 1/61^3 +・・・)
  + H・(1/8^3 - 1/9^3 - 1/25^3 + 1/26^3 + 1/42^3 - 1/43^3 - 1/59^3 + 1/60^3 +・・・)
                                   - (1-1/2^2)ζ(3)/17^3 -ζ(3)
                                                 =(0〜π/17)∫log(2sin(x/2))
  ・
  ・
 となります。
ここで、A=cos(π/17)、B=cos(2π/17)、C=cos(3π/17)、D=cos(4π/17)、E=cos(5π/17)、F=cos(6π/17)、
 G=cos(7π/17)、H=cos(8π/17)。
上で右辺の重回積分は一番左の(最後の)∫だけが0〜π/17の定積分で、他の∫はすべて0〜xの定積分。

もう一度、予想L−3を書きましょう。
[私の予想L-3](非明示の場合)

  mが4n+1の整数のとき、k=|m|とおく。(mは整数で、1以外の平方数で割り切れないものである)
 @式の重回積分-重回微分の結果に q π/k を代入すると、導手NがN=k (つまりN=|m|)である2次体Q(√m)
に対応するディリクレのL関数L(χ,s)か、あるいはその分身(複数)が、必ず出現する。

 ここで分身(複数)とは、それらを足したり引いたりして上の条件を満たすL(χ,s)を導出できる級数を指す。
なおk, q は整数で、0 <|q π/k|< 2π 且つ kとq は互いに素。

 そして、上の2次体Q(√m)が2次体であるならばそれに対応するL(χ,s)は偶数回の微分・積分の所に現れ、
2次体であるならば対応するL(χ,s)は奇数回の微分・積分の所に現れる。

  cos(x/2)/sin(x/2)=2(sinx + sin2x + sin3x + sin4x + ・・・)  -----@
                                   (0 <|x|< 2π)


 さて、上のπ/17代入の結果が、この予想を支持しているか否かを以下見ましょう。
いまπ/17代入ですから、もちろん、k=17です。よって、N=17の導手Nをもち、且つ17=|m|である実2次体Q(√17)
に対応するL(χ,s)が出現してくるはずです。

 またいま次体Q(√17)が考察の対象になっているわけですから、予想L-3の後半からQ(√17)に対応する
L(χ,s)は奇数回の微分・積分の所に現れているはずだとなります。よって、上で回積分だけ注目したのです。

 結論からいえば、ここでも予想L−3は成り立っているのですが、以下説明します。

 3回積分の6つの青字の級数はLT(s)の分身とよぶべき級数であったのです。
LT(s)は初出ですので定義を書きます。次のものであり、ディリクレのL関数L(χ,s)の一種です。

LT(s)=(1/1^s + 1/2^s - 1/3^s + 1/4^s - 1/5^s - 1/6^s - 1/7^s + 1/8^s
        + 1/9^s - 1/10^s - 1/11^s - 1/12^s + 1/13^s - 1/14^s + 1/15^s + 1/16^s ) + ・・・

 (注意: + - はこの()の単位で延々とくり返されていく。)

上をディリクレ指標χ(a)を用いて表現すると、次のようになります。
 LT(s)は、mod 17に対応したχ(a)をもち、
「 a≡1 or 2 or 4 or 8 or 9 or 13 or 15 or 16 mod 17-->χ(a)=1、
  a≡3 or 5 or 6 or 7 or 10 or 11 or 12 or 14 mod 17 -->χ(a)=-1、
  それ以外のaではχ(a)=0」
というχ(a)をもつL(χ,s)となります。このχ(a)の導手はN=17です。

 じつは、LT(s)が実2次体Q(√17)に対応するL(χ,s)となっているのです。
 LT(s)がまさしくQ(√17)に対応するL(χ,s)であることは、平方剰余の相互法則と補充則を使って手計算で
確めました。

 さて、3回積分の6つの青字の級数たちがLT(s)の分身であることを示します。

[分身であることを示す]
係数A,B,C,D,E,F,G,Hにかかる級数をそれぞれA1,B1,C1,D1,E1,F1,G1,H1と表すと、次のようになる。
A1=1/1^3 - 1/16^3 - 1/18^3 + 1/33^3 + 1/35^3 - 1/50^3 - 1/52^3 + 1/67^3 +・・・
B1=1/2^3 - 1/15^3 - 1/19^3 + 1/32^3 + 1/36^3 - 1/49^3 - 1/53^3 + 1/66^3 +・・・
C1=1/3^3 - 1/14^3 - 1/20^3 + 1/31^3 + 1/37^3 - 1/48^3 - 1/54^3 + 1/65^3 +・・・
   D1=1/4^3 - 1/13^3 - 1/21^3 + 1/30^3 + 1/38^3 - 1/47^3 - 1/55^3 + 1/64^3 +・・・
   E1=1/5^3 - 1/12^3 - 1/22^3 + 1/29^3 + 1/39^3 - 1/46^3 - 1/56^3 + 1/63^3 +・・・
   F1=1/6^3 - 1/11^3 - 1/23^3 + 1/28^3 + 1/40^3 - 1/45^3 - 1/57^3 + 1/62^3 +・・・
   G1=1/7^3 - 1/10^3 - 1/24^3 + 1/27^3 + 1/41^3 - 1/44^3 - 1/58^3 + 1/61^3 +・・・
   H1=1/8^3 - 1/9^3 - 1/25^3 + 1/26^3 + 1/42^3 - 1/43^3 - 1/59^3 + 1/60^3 +・・・

さて、A1-B1-C1-D1-E1+F1-G1-H1を計算すると、次のようになります。
A1-B1-C1-D1-E1+F1-G1-H1
 =(1/1^3 - 1/16^3 - 1/18^3 + 1/33^3 + 1/35^3 - 1/50^3 - 1/52^3 + 1/67^3 +・・・)
  -(1/2^3 - 1/15^3 - 1/19^3 + 1/32^3 + 1/36^3 - 1/49^3 - 1/53^3 + 1/66^3 +・・・)
  -(1/3^3 - 1/14^3 - 1/20^3 + 1/31^3 + 1/37^3 - 1/48^3 - 1/54^3 + 1/65^3 +・・・)
  -(1/4^3 - 1/13^3 - 1/21^3 + 1/30^3 + 1/38^3 - 1/47^3 - 1/55^3 + 1/64^3 +・・・)
  -(1/5^3 - 1/12^3 - 1/22^3 + 1/29^3 + 1/39^3 - 1/46^3 - 1/56^3 + 1/63^3 +・・・)
  +(1/6^3 - 1/11^3 - 1/23^3 + 1/28^3 + 1/40^3 - 1/45^3 - 1/57^3 + 1/62^3 +・・・)
  -(1/7^3 - 1/10^3 - 1/24^3 + 1/27^3 + 1/41^3 - 1/44^3 - 1/58^3 + 1/61^3 +・・・)
  -(1/8^3 - 1/9^3 - 1/25^3 + 1/26^3 + 1/42^3 - 1/43^3 - 1/59^3 + 1/60^3 +・・・)

=1/1^3 - 1/2^3 - 1/3^3 - 1/4^3 - 1/5^3 + 1/6^3 - 1/7^3 - 1/8^3
  + 1/9^3 + 1/10^3 - 1/11^3 + 1/12^3 + 1/13^3 + 1/14^3 + 1/15^3 - 1/16^3
   - 1/18^3 + 1/19^3 + 1/20^3 + 1/21^3 + 1/22^3 - 1/23^3 + 1/24^3 + 1/25^3
    - 1/26^3 - 1/27^3 + 1/28^3 - 1/29^3 - 1/30^3 - 1/31^3 - 1/32^3 + 1/33^3 + ・・・

=1/1^3 + 1/2^3 - 1/3^3 + 1/4^3 - 1/5^3 - 1/6^3 - 1/7^3 + 1/8^3
  + 1/9^3 - 1/10^3 - 1/11^3 - 1/12^3 + 1/13^3 - 1/14^3 + 1/15^3 + 1/16^3
   + 1/18^3 + 1/19^3 - 1/20^3 + 1/21^3 - 1/22^3 - 1/23^3 - 1/24^3 + 1/25^3
    + 1/26^3 - 1/27^3 - 1/28^3 - 1/29^3 + 1/30^3 - 1/31^3 + 1/32^3 + 1/33^3 + ・・・

   + (-2/2^3 - 2/4^3 + 2/6^3 - 2/8^3 + 2/10^3 + 2/12^3 + 2/14^3 - 2/16^3
     - 2/18^3 + 2/20^3 + 2/22^3 + 2/24^3 - 2/26^3 + 2/28^3 - 2/30^3 - 2/32^3+ ・・・)

=LT(3) - 2/2^3・( 1/1^3 + 1/2^3 - 1/3^3 + 1/4^3 - 1/5^3 - 1/6^3 - 1/7^3 + 1/8^3 + ・・・)
=LT(3) - 1/2^2・LT(3)
(1 - 1/2^2)・LT(3)

となり、上で定義したLT(s)の特殊値LT(3)が出てくるのである!
 A1,B1,C1,D1,E1,F1,G1,H1を「A1-B1-C1-D1-E1+F1-G1-H1」のように組み合わせると、このようにLT(s)を
構成することができるのである。
これで、A1,B1,C1,D1,E1,F1,G1,H1はLT(s)の分身であることがわかった。
終わり。

 よって予想通り、ちゃんと実2次体Q(√17)に対応するL(χ,s)が分身の姿で出現していることがわかり
ました
以上より、π/17代入でも予想L-3は成立していることがわかりました。




 π/15代入とπ/17代入の場合もわかりましたので、「その2」でみた最新の表Aに追加しておき
ましょう。

下表では、L(χ,s)本体が露に出現する場合を◎で、分身を経由して出現する場合を○で表現しています。
◎、○どちらでも”予想が成り立っている”ことを意味します。(予想が破綻した場合は×を挿入するつもりです。)

表A
Q(√m)

m=4n+1
・・・ -23 -19 -15 -11 -7 -3 5 13 17 21 29 33 ・・・
導手N ・・・ 23 19 15 11 7 3 5 13 17 21 29 33 ・・・
本体->◎
分身->○
L(χ,s)
LS(s) LQ(s) LP(s) LA(s) LN(s) LR(s) LT(s)
qπ/k
π/15 π/11 π/7 π/3

2π/3
π/5 π/13 π/17
n回積分

n->偶数
 or
n->奇数

注意1:L(χ,s)欄は、各々の2次体に対応するL(χ,s)を示す。
注意2:一番下の行の「偶,奇」は、Q(√m)に対応するL(χ,s)特殊値が偶数回の積分(微分)の所に現れた場合に「偶」、
 奇数回の積分(微分)の所に現れた場合に「奇」と記しています。






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