ルーリン彗星 その2

p=π/3と5π/3、sinh(π-x)フーリエ級数に作用素∫(0〜p) e^(-x)を適用
p=π/4〜7π/4 sinh(π-x)フーリエ級数に作用素∫(0〜p) e^(-x)を適用
sinh(π-x)に作用素∫(0〜p) e^(-x)を適用した場合のまとめ



2009/5/1   < p=π/3と5π/3、sinh(π-x)フーリエ級数に作用素∫(0〜p) e^(-x)を適用 >

 p=π/3と5π/3も「その1」と同様にできる。この場合も未知数(級数)二つ、式二つの連立方程式がたって、

● 1/(1^2+1)^2 + 2/(2^2+1)^2 - 4/(4^2+1)^2 - 5/(5^2+1)^2
          + 7/(7^2+1)^2 + 8/(8^2+1)^2 - 10/(10^2+1)^2 - 11/(11^2+1)^2 + ・・・

● 1/(3^2+1)^2 - 1/(6^2+1)^2 + 1/(9^2+1)^2 - 1/(12^2+1)^2 + ・・・

という二つの級数の正体が求まることになる。結果だけ記しておく。

フーリエ級数の公式

 (π/2)sinh (π-x)=sinh(π){1sinx/(1^2+1) + 2sin2x/(2^2+1) + 3sin3x/(3^2+1) + ・・}
                                                   ( 0 < x < 2π)
に作用素∫(0〜p) e^(-x)を作用させて次式を導出した。

[p=π/3,5π/3]

1/(1^2+1)^2 + 2/(2^2+1)^2 - 4/(4^2+1)^2 - 5/(5^2+1)^2
  + 7/(7^2+1)^2 + 8/(8^2+1)^2 - 10/(10^2+1)^2 - 11/(11^2+1)^2 + ・・・
   = (π^2/√3){e^(11π/3)-e^(7π/3)}/(e^(2π)-1)^2 - (π^2/(6√3)){5e^(5π/3)-e^(π/3) }/(e^(2π)-1)


1/(3^2+1)^2 - 1/(6^2+1)^2 + 1/(9^2+1)^2 - 1/(12^2+1)^2 + ・・・
 =1/2 - (π/6){e^(5π/3)+e^π+e^(π/3)}/(e^(2π)-1) + (π^2/18){5e^(5π/3)+e^(π/3)}/(e^(2π)-1)
         - (π^2/6){2e^(11π/3)+e^(3π)+2e^(7π/3)+e^π}/(e^(2π)-1)^2


  萩L号で表現すると次となる。

 (n=1〜∞) (-1)^(n+1){(3n-2)/((3n-2)^2+1)^2 + (3n-1)/((3n-1)^2+1)^2}
  = (π^2/√3){e^(11π/3)-e^(7π/3)}/(e^(2π)-1)^2 - (π^2/(6√3)){5e^(5π/3)-e^(π/3) }/(e^(2π)-1)

 (n=1〜∞) (-1)^(n+1)/((3n)^2+1)^2
 =1/2 - (π/6){e^(5π/3)+e^π+e^(π/3)}/(e^(2π)-1) + (π^2/18){5e^(5π/3)+e^(π/3)}/(e^(2π)-1)
         - (π^2/6){2e^(11π/3)+e^(3π)+2e^(7π/3)+e^π}/(e^(2π)-1)^2


 念のため、Excelでも数値検証を行ったがOKであった。

 p=2π/3と4π/3はまだやっていないが、読者へのプレゼントとします。



2009/5/1   <p=π/4〜7π/4 sinh(π-x)フーリエ級数に作用素∫(0〜p) e^(-x)を適用 >

 p=π/4,3π/4,5π/4,7π/4は計算がたいへんだが、同様にできる。この場合もうまく連立方程式がたって、

● 1/(1^2+1)^2 + 3/(3^2+1)^2 - 5/(5^2+1)^2 - 7/(7^2+1)^2
      + 9/(9^2+1)^2 + 11/(11^2+1)^2 - 13/(13^2+1)^2 - 15/(15^2+1)^2 + ・・・

● 2/(2^2+1)^2 - 6/(6^2+1)^2 + 10/(10^2+1)^2 - 14/(14^2+1)^2 + ・・・

● 1/(1^2+1)^2 - 1/(3^2+1)^2 - 1/(5^2+1)^2 + 1/(7^2+1)^2
      + 1/(9^2+1)^2 - 1/(11^2+1)^2 - 1/(13^2+1)^2 + 1/(15^2+1)^2 + ・・・

● 1/(4^2+1)^2 - 1/(8^2+1)^2 + 1/(12^2+1)^2 - 1/(16^2+1)^2 + ・・・

という四つの級数が求まる。
 この場合は、四つの未知数(級数)、四つの式の連立方程式となり、上の級数が同時に求まるのである。
Excelでも数値検証を行ったがOK。

一番目の級数は
 1 + 1/3^s - 1/5^s - 1/7^s+1/9^s + 1/11^s - 1/13^s - 1/15^s + ・・・
という虚2次体Q(√-2)のL(χ,s)ゼータに対応し、
3番目は
 1 - 1/3^s - 1/5^s + 1/7^s+1/9^s - 1/11^s - 1/13^s + 1/15^s + ・・・
という実2次体Q(√2)のL(χ,s)ゼータに対応しているとわかるだろう。

結果だけ記しておく。

フーリエ級数の公式

 (π/2)sinh (π-x)=sinh(π){1sinx/(1^2+1) + 2sin2x/(2^2+1) + 3sin3x/(3^2+1) + ・・}
                                                   ( 0 < x < 2π)
に作用素∫(0〜p) e^(-x)を作用させて次式を導出した。

[p=π/4,3π/4,5π/4,7π/4]

● 1/(1^2+1)^2 + 3/(3^2+1)^2 - 5/(5^2+1)^2 - 7/(7^2+1)^2
      + 9/(9^2+1)^2 + 11/(11^2+1)^2 - 13/(13^2+1)^2 - 15/(15^2+1)^2 + ・・・
            (π^2/(2√2)){e^(15π/4)+e^(13π/4)-e^(11π/4)-e^(9π/4)}/(e^(2π)-1)^2
                 + (π^2/(16√2)){3e^(3π/4)+e^(π/4)-7e^(7π/4) - 5e^(5π/4)}/(e^(2π)-1)


● 2/(2^2+1)^2 - 6/(6^2+1)^2 + 10/(10^2+1)^2 - 14/(14^2+1)^2 + ・・・
          = (π^2/4){e^(15π/4)+e^(11π/4)-e^(13π/4)-e^(9π/4)}/(e^(2π)-1)^2
               + (π^2/32){5e^(5π/4)+e^(π/4)-7e^(7π/4)-3e^(3π/4)}/(e^(2π)-1)


● 1/(1^2+1)^2 - 1/(3^2+1)^2 - 1/(5^2+1)^2 + 1/(7^2+1)^2
      + 1/(9^2+1)^2 - 1/(11^2+1)^2 - 1/(13^2+1)^2 + 1/(15^2+1)^2 + ・・・
          = (π/(4√2)){e^(7π/4)+e^(π/4)-e^(5π/4)-e^(3π/4)}/(e^(2π)-1)
               + (π^2/(2√2)){e^(15π/4)+e^(9π/4)-e^(13π/4)-e^(11π/4)}/(e^(2π)-1)^2
                  + (π^2/(16√2)){3e^(3π/4)+5e^(5π/4)-7e^(7π/4)-e^(π/4)}/(e^(2π)-1)


● 1/(4^2+1)^2 - 1/(8^2+1)^2 + 1/(12^2+1)^2 - 1/(16^2+1)^2 + ・・・
            =1/2 - (π/8){e^(7π/4)+e^(5π/4)+e^(3π/4)+e^(π/4)}/(e^(2π)-1)
                + (π^2/32){7e^(7π/4)+5e^(5π/4)+3e^(3π/4)+e^(π/4)}/(e^(2π)-1)
                   - (π^2/4){e^(15π/4)+e^(13π/4)+e^(11π/4)+e^(9/4)}/(e^(2π)-1)^2


  萩L号で表現すると次となる。

● (n=1〜∞) (-1)^(n+1){(4n-3)/((4n-3)^2+1)^2 + (4n-1)/((4n-1)^2+1)^2}
       = (π^2/(2√2)){e^(15π/4)+e^(13π/4)-e^(11π/4)-e^(9π/4)}/(e^(2π)-1)^2
                 + (π^2/(16√2)){3e^(3π/4)+e^(π/4)-7e^(7π/4) - 5e^(5π/4)}/(e^(2π)-1)


● (n=1〜∞) (-1)^(n+1)・(4n-2)/((4n-2)^2+1)^2
       = (π^2/4){e^(15π/4)+e^(11π/4)-e^(13π/4)-e^(9π/4)}/(e^(2π)-1)^2
               + (π^2/32){5e^(5π/4)+e^(π/4)-7e^(7π/4)-3e^(3π/4)}/(e^(2π)-1)


● (n=1〜∞) (-1)^(n+1){1/((4n-3)^2+1)^2 - 1/((4n-1)^2+1)^2}
      =(π/(4√2)){e^(7π/4)+e^(π/4)-e^(5π/4)-e^(3π/4)}/(e^(2π)-1)
               + (π^2/(2√2)){e^(15π/4)+e^(9π/4)-e^(13π/4)-e^(11π/4)}/(e^(2π)-1)^2
                  + (π^2/(16√2)){3e^(3π/4)+5e^(5π/4)-7e^(7π/4)-e^(π/4)}/(e^(2π)-1)


 (n=1〜∞) (-1)^(n+1)/((4n)^2+1)^2
      =1/2 - (π/8){e^(7π/4)+e^(5π/4)+e^(3π/4)+e^(π/4)}/(e^(2π)-1)
                + (π^2/32){7e^(7π/4)+5e^(5π/4)+3e^(3π/4)+e^(π/4)}/(e^(2π)-1)
                   - (π^2/4){e^(15π/4)+e^(13π/4)+e^(11π/4)+e^(9/4)}/(e^(2π)-1)^2





2009/5/1   <sinh(π-x)に作用素∫(0〜p) e^(-x)を適用した場合のまとめ

 「その1」、「その2」の全ての結果をまとめておく。

フーリエ級数の公式

 (π/2)sinh (π-x)=sinh(π){1sinx/(1^2+1) + 2sin2x/(2^2+1) + 3sin3x/(3^2+1) + ・・}
                                                   ( 0 < x < 2π)
に作用素∫(0〜p) e^(-x)を作用させて次式を導出した。

[p=2π]

● 1/(1^2+1)^2 + 1/(2^2+1)^2 + 1/(3^2+1)^2 + 1/(4^2+1)^2 + ・・・
                      =-1/2 + (π/4)(e^(2π)+1)/(e^(2π)-1) + π^2・e^(2π)/(e^(2π)-1)^2


 または萩L号で表現すると次となる。

(n=1〜∞) 1/(n^2+1)^2-1/2 + (π/4)(e^(2π)+1)/(e^(2π)-1) + π^2・e^(2π)/(e^(2π)-1)^2


[p=π]

● 1/(1^2+1)^2 + 1/(3^2+1)^2 + 1/(5^2+1)^2 + ・・・=π/8 - (π/4)/(e^π+1) - (π^2/4)e^π/(e^π+1)^2


● 1/(2^2+1)^2 + 1/(4^2+1)^2 + 1/(6^2+1)^2 + ・・・=-1/2 + π/8 + (π/4)/(e^π-1) + (π^2/4)e^π/(e^π-1)^2


  または萩L号で表現すると次となる。

(n=1〜∞) 1/((2n-1)^2+1)^2π/8 - (π/4)/(e^π+1) - (π^2/4)e^π/(e^π+1)^2

(n=1〜∞) 1/((2n)^2+1)^2-1/2 + π/8 + (π/4)/(e^π-1) + (π^2/4)e^π/(e^π-1)^2


[p=π/2,3π/2]

● 1/(1^2+1)^2 - 3/(3^2+1)^2 + 5/(5^2+1)^2 - 7/(7^2+1)^2 + ・・・
          =(π^2/2){e^(7π/2)-e^(5π/2)}/(e^(2π)-1)^2 - (π/8){3πe^(3π/2)-πe^(π/2)}/(e^(2π)-1)


● 1/(2^2+1)^2 - 1/(4^2+1)^2 + 1/(6^2+1)^2 - 1/(8^2+1)^2 + ・・・
   =1/2 - (π^2/2){e^(7π/2)+e^(5π/2)}/(e^(2π)-1)^2 + (π/8){(3π-2)e^(3π/2)+(π-2)e^(π/2)}/(e^(2π)-1)


  萩L号で表現すると次となる。

(n=1〜∞) 1/((2n-1)^2+1)^2
  =(π^2/2){e^(7π/2)-e^(5π/2)}/(e^(2π)-1)^2 - (π/8){3π・e^(3π/2)-πe^(π/2)}/(e^(2π)-1)

(n=1〜∞) 1/((2n)^2+1)^2
  =1/2 - (π^2/2){e^(7π/2)+e^(5π/2)}/(e^(2π)-1)^2 + (π/8){(3π-2)e^(3π/2)+(π-2)e^(π/2)}/(e^(2π)-1)


[p=π/3,5π/3]

● 1/(1^2+1)^2 + 2/(2^2+1)^2 - 4/(4^2+1)^2 - 5/(5^2+1)^2
   + 7/(7^2+1)^2 + 8/(8^2+1)^2 - 10/(10^2+1)^2 - 11/(11^2+1)^2 + ・・・
    = (π^2/√3){e^(11π/3)-e^(7π/3)}/(e^(2π)-1)^2 - (π^2/(6√3)){5e^(5π/3)-e^(π/3) }/(e^(2π)-1)


● 1/(3^2+1)^2 - 1/(6^2+1)^2 + 1/(9^2+1)^2 - 1/(12^2+1)^2 + ・・・
    =1/2 - (π/6){e^(5π/3)+e^π+e^(π/3)}/(e^(2π)-1) + (π^2/18){5e^(5π/3)+e^(π/3)}/(e^(2π)-1)
         - (π^2/6){2e^(11π/3)+e^(3π)+2e^(7π/3)+e^π}/(e^(2π)-1)^2


  萩L号で表現すると次となる。

 (n=1〜∞) (-1)^(n+1){(3n-2)/((3n-2)^2+1)^2 + (3n-1)/((3n-1)^2+1)^2}
   = (π^2/√3){e^(11π/3)-e^(7π/3)}/(e^(2π)-1)^2 - (π^2/(6√3)){5e^(5π/3)-e^(π/3) }/(e^(2π)-1)


 (n=1〜∞) (-1)^(n+1)/((3n)^2+1)^2
    =1/2 - (π/6){e^(5π/3)+e^π+e^(π/3)}/(e^(2π)-1) + (π^2/18){5e^(5π/3)+e^(π/3)}/(e^(2π)-1)
         - (π^2/6){2e^(11π/3)+e^(3π)+2e^(7π/3)+e^π}/(e^(2π)-1)^2


[p=π/4,3π/4,5π/4,7π/4]

● 1/(1^2+1)^2 + 3/(3^2+1)^2 - 5/(5^2+1)^2 - 7/(7^2+1)^2
      + 9/(9^2+1)^2 + 11/(11^2+1)^2 - 13/(13^2+1)^2 - 15/(15^2+1)^2 + ・・・
            (π^2/(2√2)){e^(15π/4)+e^(13π/4)-e^(11π/4)-e^(9π/4)}/(e^(2π)-1)^2
                 + (π^2/(16√2)){3e^(3π/4)+e^(π/4)-7e^(7π/4) - 5e^(5π/4)}/(e^(2π)-1)


● 2/(2^2+1)^2 - 6/(6^2+1)^2 + 10/(10^2+1)^2 - 14/(14^2+1)^2 + ・・・
          = (π^2/4){e^(15π/4)+e^(11π/4)-e^(13π/4)-e^(9π/4)}/(e^(2π)-1)^2
               + (π^2/32){5e^(5π/4)+e^(π/4)-7e^(7π/4)-3e^(3π/4)}/(e^(2π)-1)


● 1/(1^2+1)^2 - 1/(3^2+1)^2 - 1/(5^2+1)^2 + 1/(7^2+1)^2
      + 1/(9^2+1)^2 - 1/(11^2+1)^2 - 1/(13^2+1)^2 + 1/(15^2+1)^2 + ・・・
          = (π/(4√2)){e^(7π/4)+e^(π/4)-e^(5π/4)-e^(3π/4)}/(e^(2π)-1)
               + (π^2/(2√2)){e^(15π/4)+e^(9π/4)-e^(13π/4)-e^(11π/4)}/(e^(2π)-1)^2
                  + (π^2/(16√2)){3e^(3π/4)+5e^(5π/4)-7e^(7π/4)-e^(π/4)}/(e^(2π)-1)


● 1/(4^2+1)^2 - 1/(8^2+1)^2 + 1/(12^2+1)^2 - 1/(16^2+1)^2 + ・・・
            =1/2 - (π/8){e^(7π/4)+e^(5π/4)+e^(3π/4)+e^(π/4)}/(e^(2π)-1)
                + (π^2/32){7e^(7π/4)+5e^(5π/4)+3e^(3π/4)+e^(π/4)}/(e^(2π)-1)
                   - (π^2/4){e^(15π/4)+e^(13π/4)+e^(11π/4)+e^(9/4)}/(e^(2π)-1)^2


  萩L号で表現すると次となる。

● (n=1〜∞) (-1)^(n+1){(4n-3)/((4n-3)^2+1)^2 + (4n-1)/((4n-1)^2+1)^2}
       = (π^2/(2√2)){e^(15π/4)+e^(13π/4)-e^(11π/4)-e^(9π/4)}/(e^(2π)-1)^2
                 + (π^2/(16√2)){3e^(3π/4)+e^(π/4)-7e^(7π/4) - 5e^(5π/4)}/(e^(2π)-1)


● (n=1〜∞) (-1)^(n+1)・(4n-2)/((4n-2)^2+1)^2
       = (π^2/4){e^(15π/4)+e^(11π/4)-e^(13π/4)-e^(9π/4)}/(e^(2π)-1)^2
               + (π^2/32){5e^(5π/4)+e^(π/4)-7e^(7π/4)-3e^(3π/4)}/(e^(2π)-1)


● (n=1〜∞) (-1)^(n+1){1/((4n-3)^2+1)^2 - 1/((4n-1)^2+1)^2}
      =(π/(4√2)){e^(7π/4)+e^(π/4)-e^(5π/4)-e^(3π/4)}/(e^(2π)-1)
               + (π^2/(2√2)){e^(15π/4)+e^(9π/4)-e^(13π/4)-e^(11π/4)}/(e^(2π)-1)^2
                  + (π^2/(16√2)){3e^(3π/4)+5e^(5π/4)-7e^(7π/4)-e^(π/4)}/(e^(2π)-1)


 (n=1〜∞) (-1)^(n+1)/((4n)^2+1)^2
      =1/2 - (π/8){e^(7π/4)+e^(5π/4)+e^(3π/4)+e^(π/4)}/(e^(2π)-1)
                + (π^2/32){7e^(7π/4)+5e^(5π/4)+3e^(3π/4)+e^(π/4)}/(e^(2π)-1)
                   - (π^2/4){e^(15π/4)+e^(13π/4)+e^(11π/4)+e^(9/4)}/(e^(2π)-1)^2




追記
 昨日、作用素(0〜p) e^(-x)でなく、∫(0〜p) e^x でも上とまったく同じ結果が出るとわかった。
 どちらを使ってもよいのであるが、後者の方がより計算がしやすいといえる。




その4
その3
その1


ゼータ系の彗星群

数学の研究