火星 その3

次にπ/3代入の場合を調べます。


2004/5/15 <cos(x/2)/sin(x/2)=2(sinx + sin2x +・・ )の重回積分-重回微分にπ/3を代入>

 まず@の統一的法則性の結果に、π/3を代入した場合を調べます。
(この結果は「金星 その1」のcosx/sin(x/2)=2(sin2x + sin4x +・・にπ/6を代入>と本質的に同値です。

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

では、@を重回積分-重回微分した結果を書き下していきます。

[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/3を代入すると、次のようになります。

[π/3代入の式]
  ・
  ・
4回微分
  LA(-4)=2/3

3回微分
 ζ(-3)=1/120

2回微分
  LA(-2)=-2/9

1回微分
  ζ(-1)=-1/12

0回積分
   LA(0)=1/3

1回積分
   0 = 0

2回積分
 -√3/2・(1+1/2)LA(2)=∫(0〜π/3) log(2sin(x/2))

3回積分
  (1-1/2^2)(1-1/3^2)ζ(3)/2 -ζ(3)=∫(0〜π/3)∫log(2sin(x/2))

4回積分
 √3/2・(1+1/2^3)LA(4) - ζ(3)・(π/3)=∫(0〜π/3)∫∫log(2sin(x/2))

5回積分
 - (1-1/2^4)(1-1/3^4)ζ(5)/2 + ζ(5) - ζ(3)・(π/3)^2/2!
                                 =∫(0〜π/3)∫∫∫log(2sin(x/2))

6回積分
 -√3/2・(1+1/2^5)LA(6) + ζ(5)・(π/3) - ζ(3)・(π/3)^3/3!
                                   =∫(0〜π/3)∫∫∫∫log(2sin(x/2))

7回積分
 (1-1/2^6)(1-1/3^6)ζ(7)/2 - ζ(7) + ζ(5)・(π/3)^2/2!- ζ(3)・(π/3)^4/4!
                                      =∫(0〜π/3)∫∫∫∫∫log(2sin(x/2))

8回積分
 √3/2・(1+1/2^7)LA(8) - ζ(7)・(π/3) + ζ(5)・(π/3) ^3/3!- ζ(3)・(π/3)^5/5!
                                      =∫(0〜π/3)∫∫∫∫∫∫log(2sin(x/2))
  ・
  ・
と、このようになり、またζ(2n+1)とLA(2n)が飛び出してきました。
上で右辺の重回積分は一番最後の∫だけが0〜π/3の定積分で、その他の∫はすべて0〜xの定積分。

LA(s)は
  LA(s)=1 - 1/2^s + 1/4^s - 1/5^s + 1/7^s - 1/8^s + 1/10^s - 1/11^s + ・・・

であり、またζ(s)はもちろんリーマン・ゼータです。
上でも述べましたが、繰り返しますと、ζ(s)は全てのaに対しχ(a)=1としたときのディリクレのL関数L(χ,s)です。
LA(s)は、a≡0, 1, 2 mod 3に対し、それぞれχ(a)=0, 1, -1としたときのL(χ,s)に一致します。χ(a)はディリクレ指標。

 さて、一方の中心母等式のπ/3の結果がわかりました。
次に、もう一方の式のπ/3代入を調べます。つねに二式の結果をペアで比較するというのが火星シリーズの主題です。



2004/5/15 <sin(x/2)/cos(x/2)=2(sinx - sin2x +・・ )の重回積分-重回微分にπ/3を代入>

では次に、もう一つの中心母等式(次式)におけるπ/3代入を調べます。

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

@を重回積分-重回微分した結果をまず書き下します。

[重回積分、重回微分した一連の式]
  ・
  ・
4回微分
  {8sin(x/2)+4(sin(x/2))^3}/(cos(x/2))^5=2^4sinx - 4^4sin2x + 6^4sin3x - 8^4sin4x + ・・・・

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

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

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

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

1回積分
  log(2cos(x/2))=cosx/1 - cos2x/2 + cos3x/3 - cos4x/4 +・・・

2回積分
 ∫log(2cos(x/2))=sinx/1^2 - sin2x/2^2 + sin3x/3^2 - sin4x/4^2 +・・・

3回積分
 ∫∫log(2cos(x/2))=(-cosx/1^3 + cos2x/2^3 - cos3x/3^3 + cos4x/4^3 -・・・) + (1-1/2^2)・ζ(3)

4回積分
 ∫∫∫log(2cos(x/2))=(-sinx/1^4 + sin2x/2^4 - sin3x/3^4 + sin4x/4^4 - ・・・) + (1-1/2^2)ζ(3)・x/1!

5回積分
 ∫∫∫∫log(2cos(x/2))=(cosx/1^5 - cos2x/2^5 + cos3x/3^5 - cos4x/4^5 + ・・・)
                            + (1-1/2^2)ζ(3)・x^2/2!- (1-1/2^4)ζ(5)

6回積分
 ∫∫∫∫∫log(2cos(x/2))
     =(sinx/1^6 - sin2x/2^6 + sin3x/3^6 - sin4x/4^6 +・・・)
                          + (1-1/2^2)ζ(3)・x^3/3!- (1-1/2^4)ζ(5) ・x/1!

7回積分
 ∫∫∫∫∫∫log(2cos(x/2))
     =(-cosx/1^7 + cos2x/2^7 - cos3x/3^7 + cos4x/4^7 - ・・・)
                    + (1-1/2^2)ζ(3)・x^4/4!- (1-1/2^4)ζ(5) ・x^2/2!+ (1-1/2^6)ζ(7)

8回積分
 ∫∫∫∫∫∫∫log(2cos(x/2))
    =(-sinx/1^8 + sin2x/2^8 - sin3x/3^8 + sin4x/4^8 - ・・・)
                + (1-1/2^2)ζ(3)・x^5/5!- (1-1/2^4)ζ(5) ・x^3/3!+ (1-1/2^6)ζ(7) ・x/1!
  ・
  ・
と、このように上下に続いていきます。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/3を代入すると、次のようになります。

[π/3代入の式]
  ・
  ・
4回微分
  LA(-4)=2/3

3回微分
 ζ(-3)=1/120

2回微分
  LA(-2)=-2/9

1回微分
  ζ(-1)=-1/12

0回積分
   LA(0)=1/3

1回積分
    1 + 1/2 - 2/3 + 1/4 + 1/5 - 2/6 + 1/7 + 1/8 - 2/9 + ・・・=log3

2回積分
 √3/2・LA(2)=∫(0〜π/3) log(2cos(x/2))

3回積分
  -(1-1/3^2)ζ(3)/2 + (1-1/2^2)ζ(3)=∫(0〜π/3)∫log(2cos(x/2))

4回積分
 -√3/2・LA(4) + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)=∫(0〜π/3)∫∫log(2cos(x/2))

5回積分
  (1-1/3^4)ζ(5)/2 - (1-1/2^4)ζ(5) + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)^2/2!
                                 =∫(0〜π/3)∫∫∫log(2cos(x/2))

6回積分
 √3/2・LA(6) - (1-1/2^4)ζ(5)・(π/3) + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)^3/3!
                                  =∫(0〜π/3)∫∫∫∫log(2cos(x/2))

7回積分
 -(1-1/3^6)ζ(7)/2 + (1-1/2^6)ζ(7) - (1-1/2^4)ζ(5)・(π/3)^2/2!
                                  + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)^4/4!
                                     =∫(0〜π/3)∫∫∫∫∫log(2cos(x/2))

8回積分
 -√3/2・LA(8) + (1-1/2^6)ζ(7)・(π/3) - (1-1/2^4)ζ(5)・(π/3) ^3/3!
                                    + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)^5/5!
                                      =∫(0〜π/3)∫∫∫∫∫∫log(2cos(x/2))
  ・
  ・
と、このようにまたζ(2n+1)とLA(2n)が飛び出してきました。
上で右辺の重回積分は一番最後の∫だけが0〜π/3の定積分で、その他の∫はすべて0〜xの定積分。
LA(s)は
  LA(s)=1 - 1/2^s + 1/4^s - 1/5^s + 1/7^s - 1/8^s + 1/10^s - 1/11^s + ・・・
です。

 一つ上の結果と比べてみましょう。
例えば、ここでは
 √3/2・LA(2)=∫(0〜π/3) log(2cos(x/2))
ですが、一つ上では、
 -√3/2・(1+1/2)LA(2)=∫(0〜π/3) log(2sin(x/2))
となっています。

また、さらに、こちらでは、
 -√3/2・LA(4) + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)=∫(0〜π/3)∫∫log(2cos(x/2))
ですが、一つ上では、
 √3/2・(1+1/2^3)LA(4) - ζ(3)・(π/3)=∫(0〜π/3)∫∫log(2sin(x/2))
となっている。

 もう一つ見ましょう。
  -(1-1/3^2)ζ(3)/2 + (1-1/2^2)ζ(3)=∫(0〜π/3)∫log(2cos(x/2))
ですが一つ上では、
  (1-1/2^2)(1-1/3^2)ζ(3)/2 -ζ(3)=∫(0〜π/3)∫log(2sin(x/2))
となっています。

 これらを眺めると、やはり両者は面白い対比をなしていることがわかるでしょう
 (1-1/2^n) または(1+1/2^n)の係数を取り除けば、両者は同じような形になっていますが、ここでも”1/2”のズレ
の現象が生じているように見えます。




2004/5/16           <π/3代入の比較>

 上で見たπ/3代入の二つの場合の比較を、表の形でまとめておきます(上ではいくつか拾っただけの粗い比較でした)。

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

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

 このページでの<cos(x/2)/sin(x/2)=2(sinx + sin2x +・・ )の重回積分-重回微分にπ/3を代入>の結果と
<sin(x/2)/cos(x/2)=2(sinx - sin2x +・・ )の重回積分-重回微分にπ/3を代入>の結果を、比較すると以下の
ようになります。
 Aは@に対応する結果、BはAに対応する結果です。

 π/3代入の場合の比較

1回積分

A       0 = 0

B    1 + 1/2 - 2/3 + 1/4 + 1/5 - 2/6 + 1/7 + 1/8 - 2/9 + ・・・=log3
2回積分
A  -√3/2・(1+1/2)LA(2)=∫(0〜π/3) log(2sin(x/2))

B   √3/2・LA(2)=∫(0〜π/3) log(2cos(x/2))
3回積分
A  (1-1/2^2)(1-1/3^2)ζ(3)/2 -ζ(3)=∫(0〜π/3)∫log(2sin(x/2))

B  -(1-1/3^2)ζ(3)/2 + (1-1/2^2)ζ(3)=∫(0〜π/3)∫log(2cos(x/2))
4回積分
A  √3/2・(1+1/2^3)LA(4) - ζ(3)・(π/3)=∫(0〜π/3)∫∫log(2sin(x/2))

B -√3/2・LA(4) + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)=∫(0〜π/3)∫∫log(2cos(x/2))
5回積分
A -(1-1/2^4)(1-1/3^4)ζ(5)/2 + ζ(5) - ζ(3)・(π/3)^2/2!
                                 =∫(0〜π/3)∫∫∫log(2sin(x/2))

B  (1-1/3^4)ζ(5)/2 - (1-1/2^4)ζ(5) + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)^2/2!
                                 =∫(0〜π/3)∫∫∫log(2cos(x/2))
6回積分
A -√3/2・(1+1/2^5)LA(6) + ζ(5)・(π/3) - ζ(3)・(π/3)^3/3!
                                   =∫(0〜π/3)∫∫∫∫log(2sin(x/2))

B √3/2・LA(6) - (1-1/2^4)ζ(5)・(π/3) + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)^3/3!
                                  =∫(0〜π/3)∫∫∫∫log(2cos(x/2))
7回積分
A (1-1/2^6)(1-1/3^6)ζ(7)/2 - ζ(7) + ζ(5)・(π/3)^2/2!- ζ(3)・(π/3)^4/4!
                                      =∫(0〜π/3)∫∫∫∫∫log(2sin(x/2))

B -(1-1/3^6)ζ(7)/2 + (1-1/2^6)ζ(7) - (1-1/2^4)ζ(5)・(π/3)^2/2!
                                  + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)^4/4!
                                     =∫(0〜π/3)∫∫∫∫∫log(2cos(x/2))

8回積分
A √3/2・(1+1/2^7)LA(8) - ζ(7)・(π/3) + ζ(5)・(π/3) ^3/3!- ζ(3)・(π/3)^5/5!
                                      =∫(0〜π/3)∫∫∫∫∫∫log(2sin(x/2))

B -√3/2・LA(8) + (1-1/2^6)ζ(7)・(π/3) - (1-1/2^4)ζ(5)・(π/3) ^3/3!
                                    + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)^5/5!
                                      =∫(0〜π/3)∫∫∫∫∫∫log(2cos(x/2))


 眺めますと、やはりその1(π/2)その2(2π/3)と同類の現象を見ることができます。
 A、Bの(1-1/2^n)または(1+1/2^n)の係数をとり除けば両者の左辺は同じ形になってしまうのです(左辺全体に”-1”が
掛かる違いのみ)。「その2」とまったく同じ現象(「その1」とは類似)が生じているのがわかるでしょう。

 あるいは、「その1」〜「その3」全てに共通する視点でいえば、
A、Bで(1-1/2^n)または(1+1/2^n)の係数をとり除けば、各項の符号(+,-)を除いて両者の左辺は同じものになってしまう
といえるのです。
 次の「その4」では、3π/4代入を調べますが、そこでもこの驚くべき性質が現れることになります。

また、今回のπ/3代入の結果は、その2(2π/3)と比較してもまた別の側面での面白い結果となっている。

例えば、4回積分をとると、その2(2π/3)では、
 A   √3/2・LA(4) - ζ(3)・(2π/3)=∫(0〜2π/3)∫∫log(2sin(x/2))

 B  -√3/2・(1+1/2^3)LA(4) + (1-1/2^2)ζ(3)(2π/3)/1!=∫(0〜2π/3)∫∫log(2cos(x/2))

ですが、こちら(π/3)では、
 A  √3/2・(1+1/2^3)LA(4) - ζ(3)・(π/3)=∫(0〜π/3)∫∫log(2sin(x/2))

 B -√3/2・LA(4) + (1-1/2^2)ζ(3)・(π/3)=∫(0〜π/3)∫∫log(2cos(x/2))
となっている。
 この二組を比べてください。まったく面白いではありませんか!

これらを眺めていると、ゼータ関数を貫く究極の秩序が出てきているのではないかと思ってしまいます。

 さて、これまでπ/2(その1)、2π/3(その2)、π/3(その3)の場合を調べてきました。
まださらに、3π/4やπ/4などもどうなるのか、調べたいところです。
これらはどうなっていくのでしょうか?
金星では、出現する級数がディリクレのL関数にならないという破綻が現れる場合がありましたが、はたして、この
火星(次の@、Aを中心母等式に据えた場合)でも同じように破綻がどこかで生じるのでしょうか?

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

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


 私は、どこかで破綻は生じる可能性が高いと思っているのですが、しかし、破綻が生じたとしても、こちら(@、Aを
中心に据えた場合)の方が、予想が「成立する場合」と「破綻する場合」の構造的な分類が金星の場合よりもっと容易
に行えるのはないかと考えています。
 予想とは「金星 その1」で述べた私の予想1のことです。
そして、いま述べた構造的な分類は、「金星 その4」の「金星のまとめ」で述べた最後の問題をさしています。
予想1の破綻が、また別の本質的な問題を発生させたというわけです。

 いまは、この分類の問題を解くことが、ゼータ関数を考える上で最も重要と考えています。
この問題が解けた暁には、ゼータの巨大な秩序が眼前に現れることになると期待されます。
そして、佐藤郁郎氏がコラムの「奇数ゼータと・・」のその13その14でやられている膨大な計算もこの問題を
解かんがための果敢な挑戦の過程なのです。






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