百武彗星 その2

 私独自のテイラーシステムを、特殊値導出にどんどん応用していきます。ζ(5/2),ζ(3/2),ζ(7/2)を導出。
ついでにζ(2),ζ(4),ζ(6),ζ(8)も出した。


2006/5/15           < ζ(5/2)の導出 > Cos[s=5/2,π/2代入,πテイラー]

 私が発明したテイラーシステムでζ(5/2)を求めてみます。

 (cosx)/1^2.5 + (cos2x)/2^2.5 + (cos3x)/3^2.5 +・・・

という母関数を考え、π周りテイラー展開とπ/2代入でテイラーシステムを実行します。
当面「π/2代入,πテイラー」の条件をつづけましょう。
この条件を略記すれば、Cos[ s=5/2, π/2代入,πテイラー]となる。
(本サイトでは、√2 を 2^0.5として表現している箇所があります。)

[ζ(5/2)を導出する] Cos[s=5/2, π/2代入、πテイラー]
 まず
 f(x)=(cosx)/1^2.5 + (cos2x)/2^2.5 + (cos3x)/3^2.5 + (cos4x)/4^2.5 + ・・・ -------@

という母関数を考えます。
 まず@で x=π/2を代入します。すると
 f(π/2) = -2^(-2.5)・(1-1/2^1.5)・ζ(5/2)   -------A

となり、ζ(5/2)が現れます。

 次に、@の右辺をx=πの周りテイラー展開します。すると、次のようになります。

 f(x)=- (1-1/2^1.5)・ζ(5/2)  + (1-2^0.5)・ζ(1/2)(x-π)^2 /2!
       - (1-2^2.5)・ζ(-3/2)(x-π)^4 /4!+ (1-2^4.5)・ζ(-7/2)(x-π)^6 /6!
         - (1-2^6.5)・ζ(-11/2)(x-π)^8 /8!+ (1-2^8.5)・ζ(-15/2)(x-π)^10 /10!
             ・・・・・・・・・・・・・・・・・                                 -------B

 無限個のζ(-n/2)値が出てきました。こちらにもζ(5/2)が出ました。ζ(1/2)も現れています。

 さて、Bにx=π/2を代入し

 f(π/2)=- (1-1/2^1.5)・ζ(5/2) + (1-2^0.5)・ζ(1/2)π^2 /(2!・2^2)
       - (1-2^2.5)・ζ(-3/2)π^4 /(4!・2^4) + (1-2^4.5)・ζ(-7/2)π^6 /(6!・2^6)
         - (1-2^6.5)・ζ(-11/2)π^8 /(8!・2^8) + (1-2^8.5)・ζ(-15/2)π^10 /(10!・2^10)
             ・・・・・・・・・・・                                      -------B-2

となる。B-2とAは等しいので、

 -2^(-2.5)・(1-1/2^1.5)・ζ(5/2)
     =- (1-1/2^1.5)・ζ(5/2) + (1-2^0.5)・ζ(1/2)π^2 /(2!・2^2)
        - (1-2^2.5)・ζ(-3/2)π^4 /(4!・2^4) + (1-2^4.5)・ζ(-7/2)π^6 /(6!・2^6)
          - (1-2^6.5)・ζ(-11/2)π^8 /(8!・2^8) + (1-2^8.5)・ζ(-15/2)π^10 /(10!・2^10)
             ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

となる。ζ(5/2)を左辺に集めて整理して、次となる。

 (1-2^(-2.5))・(1-1/2^1.5)・ζ(5/2)
     = (1-2^0.5)・ζ(1/2)π^2 /(2!・2^2)
        - (1-2^2.5)・ζ(-3/2)π^4 /(4!・2^4)
           + (1-2^4.5)・ζ(-7/2)π^6 /(6!・2^6)
             - (1-2^6.5)・ζ(-11/2)π^8 /(8!・2^8)
                + (1-2^8.5)・ζ(-15/2)π^10 /(10!・2^10)
                    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・      -------C
 
ζ(s)の関数等式
  ζ(1-s)=cos(πs/2)・Γ(s)・2^(1-s)・π^(-s)・ζ(s) 

を利用し、ζ(-3/2),ζ(-7/2)・・・をすべて現実的なζ(5/2) ,ζ(9/2),・・・に直してさらに整理すると、
次のようになります。

(1-1/2^2.5)・(1-1/2^1.5)・ζ(5/2)
      = -π^2・[(√2-1)・ζ(1/2)・0!/(2!・0!・2^2)
              + (√2-1/2^2)・ζ(5/2)4!/(4!・2!・2^8)
               + (√2-1/2^4)・ζ(9/2)・8!/(6!・4!・2^14)
                 + (√2-1/2^6)・ζ(13/2)・12!/(8!・6!・2^20)
                  + (√2-1/2^8)・ζ(17/2)16!/(10!・8!・2^26)
                       ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・   ]     -----D

 「百武彗星 その1」でζ(1/2)で見たのと同様、ζ(5/2)=[半整数ゼータの無限和]となりました。
 このDの秩序だった形を見てください。きれいなものです。
 
 さて、Dは見方を変えれば、ζ(1/2)が求まる式ともなっているのはありませんか!
つまり、「百武彗星 その1」のζ(1/2)値の導出 その2で出したのと同類の式となっている。
 Dでζ(1/2)を左辺にもってきて、変形を加えつつ整理すると、次のようになります。

 -(1-2^0.5)・ζ(1/2)/(2!・2^2)
      = -(1-1/2^2.5)・(1-1/2^1.5)・ζ(5/2)/π^2
           - (√2-1/2^2)・ζ(5/2)・(1・3)/(4!・2^6)
             - (√2-1/2^4)・ζ(9/2)(1・3・5・7)/(6!・2^10)
               - (√2-1/2^6)・ζ(13/2)・(1・3・5・7・9・11)/(8!・2^14)
                - (√2-1/2^8)・ζ(17/2)(1・3・5・7・9・11・13・15)/(10!・2^18)
                       ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・     -------E

 やはり、ここでもζ(1/2)は無限個の半整数ゼータで表現されたのです。

 math worldによればζ(1/2)は、次の値になります。
 ζ(1/2)=-1.46035450880・・・      -------F

 E式でほんとうにFとなるのか、ζ(1/2)を検証しました。
 右辺のζ(5/2),ζ(9/2),・・・は、現実世界において確定した値ですので、右辺からζ(1/2)を出せば
Fに収束します。収束は非常に速く、最初からのたったの10項で-1.460354506・・・となりました。
(Excel VBAでプログラムを組んで検証)
 なおζ(5/2),ζ(9/2),・・・はζ(s)定義式から直接算出した値を使いました。

以上

 再度、Eを書いておきます。

 -(1-2^0.5)・ζ(1/2)/(2!・2^2)
      = -(1-1/2^2.5)・(1-1/2^1.5)・ζ(5/2)/π^2
           - (√2-1/2^2)・ζ(5/2)・(1・3)/(4!・2^6)
             - (√2-1/2^4)・ζ(9/2)(1・3・5・7)/(6!・2^10)
               - (√2-1/2^6)・ζ(13/2)・(1・3・5・7・9・11)/(8!・2^14)
                - (√2-1/2^8)・ζ(17/2)(1・3・5・7・9・11・13・15)/(10!・2^18)
                       ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・     -------A


 また「百武彗星 その1」で出したζ(1/2)の同類の2式も書いておきます。

 (1-1/√2)・(1-√2)・ζ(1/2)
  = (√2-1/2^2)・{(1・3)/(2・4)}・ζ(5/2)/2^2
    + (√2-1/2^4)・{(1・3・5・7)/(2・4・6・8)}・ζ(9/2)/2^4
     + (√2-1/2^6)・{(1・3・5・7・9・11)/(2・4・6・8・10・12)}・ζ(13/2)/2^6
      + (√2-1/2^8)・{(1・3・5・7・9・11・13・15)/(2・4・6・8・10・12・14・16)}・ζ(17/2)/2^8
          ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・                          -----B


 -(1-1/2^0.5)・(1-2^0.5)・ζ(1/2)
     = - 1/2・L(3/2)
         + (1-1/2^2.5)・{(1・3)/(2・4)}・ζ(5/2) - {(1・3・5)/(2・4・6)}・L(7/2)
           + (1-1/2^4.5)・{(1・3・5・7)/(2・4・6・8)}・ζ(9/2)
                               - {(1・3・5・7・9)/(2・4・6・8・10)}・L(11/2)
             + (1-1/2^6.5)・{(1・3・5・7・9・11)/(2・4・6・8・10・12)}・ζ(13/2)
                                - {(1・3・5・7・9・11・13)/(2・4・6・8・10・12・14)}・L(15/2)
                  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・                          ---------C


 A,B,Cそれぞれ異なった表現ですが、半整数ゼータが一致団結して手に手をとってζ(1/2)を生み出している
様は壮大です。


 最後に、CとDの式を再度書いておきます。(Dでは右辺のζ(5/2)はそのままおいておきます。)

 (1-2^(-2.5))・(1-1/2^1.5)・ζ(5/2)
     = (1-2^0.5)・ζ(1/2)π^2 /(2!・2^2)
        - (1-2^2.5)・ζ(-3/2)π^4 /(4!・2^4)
           + (1-2^4.5)・ζ(-7/2)π^6 /(6!・2^6)
             - (1-2^6.5)・ζ(-11/2)π^8 /(8!・2^8)
                + (1-2^8.5)・ζ(-15/2)π^10 /(10!・2^10)
                    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・      -------C

 上は、次のようにも書き換えられる。

 (1-1/2^2.5)・(1-1/2^1.5)・ζ(5/2)
      = -π^2・[(√2-1)・ζ(1/2)・0!/(2!・0!・2^2)
              + (√2-1/2^2)・ζ(5/2)4!/(4!・2!・2^8)
               + (√2-1/2^4)・ζ(9/2)・8!/(6!・4!・2^14)
                 + (√2-1/2^6)・ζ(13/2)・12!/(8!・6!・2^20)
                  + (√2-1/2^8)・ζ(17/2)16!/(10!・8!・2^26)
                       ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・   ]     -----D

 ゼータ宇宙を感じます。



2006/5/20          < ζ(3/2)の導出 > Cos[s=3/2,π/2代入,πテイラー]

 次にζ(3/2)を求めます。

 (cosx)/1^1.5 + (cos2x)/2^1.5 + (cos3x)/3^1.5 +・・・
という母関数を考え、π周りテイラー展開とπ/2代入でシステムを実行します。
 「π/2代入,πテイラー」の条件をつづけましょう。
条件を略記すれば、Cos[ s=3/2, π/2代入,πテイラー]となります。

[ζ(3/2)を導出する] Cos[s=3/2, π/2代入、πテイラー]
 まず
 f(x)=(cosx)/1^1.5 + (cos2x)/2^1.5 + (cos3x)/3^1.5 + (cos4x)/4^1.5 + ・・・ -------@

という母関数を考えます。
 まず@で x=π/2を代入します。すると
 f(π/2) = -2^(-1.5)・(1-1/2^0.5)・ζ(3/2)   -------A

となり、ζ(3/2)が現れます。

 次に、@の右辺をx=πの周りテイラー展開します。すると、次のようになります。

 f(x)=- (1-1/2^0.5)・ζ(3/2)  + (1-2^1.5)・ζ(-1/2)(x-π)^2 /2!
       - (1-2^3.5)・ζ(-5/2)(x-π)^4 /4!+ (1-2^5.5)・ζ(-9/2)(x-π)^6 /6!
         - (1-2^7.5)・ζ(-13/2)(x-π)^8 /8!+ (1-2^9.5)・ζ(-17/2)(x-π)^10 /10!
             ・・・・・・・・・・・                                      -------B

 無限個のζ(-n/2)値が出ています。またζ(3/2)が出ました。

 さて、Bにx=π/2を代入して
 f(π/2)=- (1-1/2^0.5)・ζ(3/2)  + (1-2^1.5)・ζ(-1/2)π^2 /(2!・2^2)
       - (1-2^3.5)・ζ(-5/2)π^4 /(4!・2^4)+ (1-2^5.5)・ζ(-9/2)π^6 /(6!・2^6)
         - (1-2^7.5)・ζ(-13/2)π^8 /(8!・2^8)+ (1-2^9.5)・ζ(-17/2)π^10 /(10!・2^10)
             ・・・・・・・・・・・                                      -------B-2

 B-2とAは等しいので、
-2^(-1.5)・(1-1/2^0.5)・ζ(3/2)
   =- (1-1/2^0.5)・ζ(3/2)  + (1-2^1.5)・ζ(-1/2)π^2 /(2!・2^2)
       - (1-2^3.5)・ζ(-5/2)π^4 /(4!・2^4)+ (1-2^5.5)・ζ(-9/2)π^6 /(6!・2^6)
          - (1-2^7.5)・ζ(-13/2)π^8 /(8!・2^8)+ (1-2^9.5)・ζ(-17/2)π^10 /(10!・2^10)
             ・・・・・・・・・・・

 ζ(3/2)を左辺に集めて、次となる。

  (1-2^(-1.5))・(1-1/2^0.5)・ζ(3/2)
   = (1-2^1.5)・ζ(-1/2)π^2 /(2!・2^2)
      - (1-2^3.5)・ζ(-5/2)π^4 /(4!・2^4)
        + (1-2^5.5)・ζ(-9/2)π^6 /(6!・2^6)
         - (1-2^7.5)・ζ(-13/2)π^8 /(8!・2^8)
          + (1-2^9.5)・ζ(-17/2)π^10 /(10!・2^10)
                 ・・・・・・・・・・・・・・              -------C

ζ(s)の関数等式
  ζ(1-s)=cos(πs/2)・Γ(s)・2^(1-s)・π^(-s)・ζ(s) 

を利用して、ζ(-1/2),ζ(-5/2)・・・をすべて現実的なζ(3/2) ,ζ(7/2),・・・に直して整理整頓すると、
次のようになる。

 AとCは等しいので、ζ(3/2)を左辺にまとめて整理すると、次のようになります。

(1-1/2^1.5)・(1-1/2^0.5)・ζ(3/2)
      =π[(√2-1/2^1)・ζ(3/2)2!/(2!・1!・2^4)
          + √2-1/2^3)・ζ(7/2)・6!/(4!・3!・2^10)
           + (√2-1/2^5)・ζ(11/2)・10!/(6!・5!・2^16)
             + √2-1/2^7)・ζ(15/2)・14!/(8!・7!・2^22)
               + (√2-1/2^9)・ζ(19/2)18!/(10!・9!・2^28)
                     ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・   ]     -----D
 
 きれいなものです。
 さて、Dは見方を変えれば、ζ(3/2)を求めることのできる式ともなっています。
 Dでζ(3/2)を左辺にもってきて、変形を加えつつ整理すると、次のようになります。

(1-1/2^1.5)・{(1-1/√2)/π - √2/16)}・ζ(3/2)
         √2-1/2^3)・ζ(7/2)・6!/(4!・3!・2^10)
            + (√2-1/2^5)・ζ(11/2)・10!/(6!・5!・2^16)
              + √2-1/2^7)・ζ(15/2)・14!/(8!・7!・2^22)
                + (√2-1/2^9)・ζ(19/2)18!/(10!・9!・2^28)
                      ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・        -----E

 やはり、ここでも、ζ(3/2)は無限個の半整数ゼータで表現された

 Eからζ(3/2)を計算することもできます。右辺の収束は速く100項までで十分であり、最初から100項まで
ζ(3/2)= 2.612375348682・・・となりました。
なおζ(s)の定義よりζ(3/2)を求めると収束が遅く20億項で 2.612330626704・・となるが、まだ動いています。
(Excel VBAでプログラムを組んで調べた)

以上

 最後に、CとDを再度書いておきます。(右辺のζ(3/2)はそのままおいておきます)

  (1-1/2^1.5)・(1-1/2^0.5)・ζ(3/2)
     = (1-2^1.5)・ζ(-1/2)π^2 /(2!・2^2)
        - (1-2^3.5)・ζ(-5/2)π^4 /(4!・2^4)
         + (1-2^5.5)・ζ(-9/2)π^6 /(6!・2^6)
          - (1-2^7.5)・ζ(-13/2)π^8 /(8!・2^8)
           + (1-2^9.5)・ζ(-17/2)π^10 /(10!・2^10)
                ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・               -------C

 Cは次のようにも書き換えられる。

(1-1/2^1.5)・(1-1/2^0.5)・ζ(3/2)
      =π[(√2-1/2^1)・ζ(3/2)2!/(2!・1!・2^4)
          + √2-1/2^3)・ζ(7/2)・6!/(4!・3!・2^10)
           + (√2-1/2^5)・ζ(11/2)・10!/(6!・5!・2^16)
             + √2-1/2^7)・ζ(15/2)・14!/(8!・7!・2^22)
              + (√2-1/2^9)・ζ(19/2)18!/(10!・9!・2^28)
                     ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・     ]       -----D




2006/5/22          < ζ(7/2)の導出 > Cos[s=7/2,π/2代入,πテイラー]

 同様の流れで、次にζ(7/2)を求めます。

 (cosx)/1^3.5 + (cos2x)/2^3.5 + (cos3x)/3^3.5 +・・・

という母関数を考え、π周りテイラー展開とπ/2代入でシステムを実行します。
 「π/2代入,πテイラー」の条件をつづけましょう。
条件を略記すれば、Cos[ s=7/2, π/2代入,πテイラー]となります。

[ζ(7/2)を導出する] Cos[s=7/2, π/2代入、πテイラー]
 まず
 f(x)=(cosx)/1^3.5 + (cos2x)/2^3.5 + (cos3x)/3^3.5 + (cos4x)/4^3.5 + ・・・ -------@

という母関数を考えます。
 @で x=π/2を代入すると
 f(π/2) = -2^(-3.5)・(1-1/2^2.5)・ζ(7/2)   -------A

となり、ζ(7/2)が現れます。

 次に、@の右辺をx=πの周りテイラー展開します。すると、次のようになります。

 f(x)=- (1-1/2^2.5)・ζ(7/2)  + (1-1/2^0.5)・ζ(3/2)(x-π)^2 /2!
       - (1-2^1.5)・ζ(-1/2)(x-π)^4 /4!+ (1-2^3.5)・ζ(-5/2)(x-π)^6 /6!
         - (1-2^5.5)・ζ(-9/2)(x-π)^8 /8!+ (1-2^7.5)・ζ(-13/2)(x-π)^10 /10!
             ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・                    -------B

 無限個のζ(-n/2)値が出ています。ζ(7/2)とζ(3/2)も出ました。

 さて、Bにx=π/2を代入して、次となる。

 f(π/2)=- (1-1/2^2.5)・ζ(7/2)  + (1-1/2^0.5)・ζ(3/2)π^2 /(2!・2^2)
       - (1-2^1.5)・ζ(-1/2)π^4 /(4!・2^4) + (1-2^3.5)・ζ(-5/2)π^6 /(6!・2^6)
         - (1-2^5.5)・ζ(-9/2)π^8 /(8!・2^8) + (1-2^7.5)・ζ(-13/2)π)^10 /(10!・2^10)
             ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・                    -------B-2

 B-2はCと等しいので、
  -2^(-3.5)・(1-1/2^2.5)・ζ(7/2) 
   =- (1-1/2^2.5)・ζ(7/2)  + (1-1/2^0.5)・ζ(3/2)π^2 /(2!・2^2)
       - (1-2^1.5)・ζ(-1/2)π^4 /(4!・2^4) + (1-2^3.5)・ζ(-5/2)π^6 /(6!・2^6)
         - (1-2^5.5)・ζ(-9/2)π^8 /(8!・2^8) + (1-2^7.5)・ζ(-13/2)π)^10 /(10!・2^10)
             ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
となる。
 左辺にζ(7/2)を集めて、次となる。

  (1-2^(-3.5))・(1-1/2^2.5)・ζ(7/2) 
   = (1-1/2^0.5)・ζ(3/2)π^2 /(2!・2^2)
       - (1-2^1.5)・ζ(-1/2)π^4 /(4!・2^4)
        + (1-2^3.5)・ζ(-5/2)π^6 /(6!・2^6)
         - (1-2^5.5)・ζ(-9/2)π^8 /(8!・2^8)
          + (1-2^7.5)・ζ(-13/2)π)^10 /(10!・2^10)
             ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・           ------C

ζ(s)の関数等式
  ζ(1-s)=cos(πs/2)・Γ(s)・2^(1-s)・π^(-s)・ζ(s) 

を利用して、ζ(-1/2),ζ(-5/2)・・・をすべて現実的なζ(3/2) ,ζ(7/2),・・・に直して整理整頓すると
次のようになる。

 (1-1/2^3.5)・(1-1/2^2.5)・ζ(7/2)
    =(1-1/2^0.5)・ζ(3/2)π^2 /(2!・2^2)
      - π^3[(√2-1/2^1)・ζ(3/2)・2!/(4!・1!・2^6)
            + (√2-1/2^3)・ζ(7/2)6!/(6!・3!・2^12)
             + (√2-1/2^5)・ζ(11/2)・10!/(8!・5!・2^18)
               + (√2-1/2^7)・ζ(15/2)・14/(10!・7!・2^24)
                + (√2-1/2^9)・ζ(19/2)・18!/(12!・9!・2^30)
                    + (√2-1/2^11)・ζ(23/2)22!/(14!・11!・2^36)
                       ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・     ]   ------D


 さて、Dはζ(7/2)を求めることのできる式ともなっている。
Dでζ(7/2)を左辺にもってきて、変形を加えつつ整理すると、次のようになります。

 (1-1/2^3.5)・{(1-1/2^2.5)/π^3 + 15 √2/(2^9・6!)}・ζ(7/2)
    =(1-1/2^0.5)・ζ(3/2)/(π・2!・2^2)
      - (√2 -1/2)・ζ(3/2)・2!/(4!・1!・2^6)
        - (√2-1/2^5)・ζ(11/2)10!/(8!・5!・2^18)
         - (√2-1/2^7)・ζ(15/2)・14/(10!・7!・2^24)
           - (√2-1/2^9)・ζ(19/2)18!/(12!・9!・2^30)
             - (√2-1/2^11)・ζ(23/2)22!/(14!・11!・2^36)
                       ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・       ------E

 ここでも、ζ(7/2)は無限個の半整数ゼータで表現された

 Eからζ(7/2)を計算することもできます。右辺の収束は速く20項までで十分であり、最初から20項まで
ζ(7/2)=1.126733867316 ・・・となりました。
なおζ(s)の定義よりζ(7/2)を求めると1000万項で 1.126733867316 ・・となります。
(Excel VBAで調べた)

以上

 最後に、CとDを再度書いておきます。

  (1-1/2^3.5)・(1-1/2^2.5)・ζ(7/2) 
     = (1-1/2^0.5)・ζ(3/2)π^2 /(2!・2^2)
         - (1-2^1.5)・ζ(-1/2)π^4 /(4!・2^4)
          + (1-2^3.5)・ζ(-5/2)π^6 /(6!・2^6)
           - (1-2^5.5)・ζ(-9/2)π^8 /(8!・2^8)
            + (1-2^7.5)・ζ(-13/2)π)^10 /(10!・2^10)
                 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・                    ------C

 Cを書き換えるとDとなります。

 (1-1/2^3.5)・(1-1/2^2.5)・ζ(7/2)
    =(1-1/2^0.5)・ζ(3/2)π^2 /(2!・2^2)
      - π^3[(√2-1/2^1)・ζ(3/2)・2!/(4!・1!・2^6)
            + (√2-1/2^3)・ζ(7/2)6!/(6!・3!・2^12)
             + (√2-1/2^5)・ζ(11/2)・10!/(8!・5!・2^18)
               + (√2-1/2^7)・ζ(15/2)・14/(10!・7!・2^24)
                + (√2-1/2^9)・ζ(19/2)・18!/(12!・9!・2^30)
                       ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・     ]   ------D




2006/5/30           < ζ(2)の導出 > Cos[s=2,π/2代入,πテイラー]

 あまり興味はないのですが、私が発明したテイラーシステムでζ(2)やζ(4)が出ることも確認しておきましょう。
まずζ(2)から。

 (cosx)/1^2 + (cos2x)/2^2 + (cos3x)/3^2 +・・・

という母関数を考え、π周りテイラー展開とπ/2代入でテイラーシステムを実行します。
 「π/2代入,πテイラー」の条件をつづけましょう。
条件を略記すれば、Cos[ s=2, π/2代入,πテイラー]となります。

[ζ(2)を導出する] Cos[s=2, π/2代入、πテイラー]
 まず
 f(x)=(cosx)/1^2 + (cos2x)/2^2 + (cos3x)/3^2 + (cos4x)/4^2 + ・・・ -------@

という母関数を考えます。
 @で x=π/2を代入すると
 f(π/2) = -2^(-2)・(1-1/2)・ζ(2)   -------A

となり、ζ(2)が現れます。

 次に、@の右辺をx=πの周りテイラー展開します。すると、次のようになります。

 f(x)=-(1-1/2)・ζ(2) + (1-2)・ζ(0)(x-π)^2 /2!
       - (1-2^3)・ζ(-2)(x-π)^4 /4!+ (1-2^5)・ζ(-4)(x-π)^6 /6!
         - (1-2^7)・ζ(-6)(x-π)^8 /8!+ (1-2^9)・ζ(-8)(x-π)^10 /10!
             ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・                    -------B

 ここで、ζ(-2),ζ(-4),ζ(-6),・・はすべて0 なので、Bは次のようになります。

 f(x)=-(1-1/2)・ζ(2) + (1-2)・ζ(0)(x-π)^2 /2!     -------C

 Cで x=π/2を代入すると
 f(π/2)=-(1-1/2)・ζ(2) + (1-2)・ζ(0)(π/2)^2 /2!      -------D

となる。
 AとDは等しいので、次が成り立つ。

 -2^(-2)・(1-1/2)・ζ(2)=-(1-1/2)・ζ(2) + (1-2)・ζ(0)(π/2)^2 /2!

 同じですが、次のようにも表現できます。

 (1-1/2^2)・(1-1/2)・ζ(2)= (1-2)・ζ(0)(π/2)^2 /2!

 ζ(0)=-1/2であるから、ζ(2)を求めると、簡単に

 ζ(2)=π^2/6

が出る。

以上




2006/5/30           < ζ(4)の導出 > Cos[s=4,π/2代入,πテイラー]

次にζ(4)を求めます。

 (cosx)/1^4 + (cos2x)/2^4 + (cos3x)/3^4 +・・・

という母関数を考え、π周りテイラー展開とπ/2代入でシステムを実行します。
条件を略記すれば、Cos[ s=4, π/2代入,πテイラー]となります。

[ζ(4)を導出する] Cos[s=4, π/2代入、πテイラー]
 まず
 f(x)=(cosx)/1^4 + (cos2x)/2^4 + (cos3x)/3^4 + (cos4x)/4^4 + ・・・ -------@

という母関数を考えます。
 @で x=π/2を代入すると
 f(π/2) = -2^(-4)・(1-1/2^3)・ζ(4)   -------A

となり、ζ(4)が現れます。

 次に@の右辺をx=πの周りテイラー展開します。すると、次のようになります。

 f(x)=- (1-1/2^3)・ζ(4) + (1-1/2)・ζ(2)(x-π)^2 /2!
       - (1-2)・ζ(0)(x-π)^4 /4!+ (1-2^3)・ζ(-2)(x-π)^6 /6!
         - (1-2^5)・ζ(-4)(x-π)^8 /8!+ (1-2^7)・ζ(-6)(x-π)^10 /10!
           - (1-2^9)・ζ(-8)(x-π)^12 /12!+ (1-2^11)・ζ(-10)(x-π)^14 /14!
               ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・                    -------B

 ここで、ζ(-2),ζ(-4),ζ(-6),・・はすべて0 なので、Bは次のようになる。

 f(x)=- (1-1/2^3)・ζ(4) + (1-1/2)・ζ(2)(x-π)^2 /2!- (1-2)・ζ(0)(x-π)^4 /4!  -------C

 Cで x=π/2を代入すると
 f(π/2)=-(1-1/2^3)・ζ(4) + (1-1/2)・ζ(2)(π/2)^2 /2!- (1-2)・ζ(0)(π/2)^4 /4! -----D

となる。
 AとDは等しいので、次が成り立つ。

-2^(-4)・(1-1/2^3)・ζ(4)=-(1-1/2^3)・ζ(4) + (1-1/2)・ζ(2)(π/2)^2 /2!- (1-2)・ζ(0)(π/2)^4 /4!

 同じですが、次のようにも表現できます。

 (1-1/2^4)・(1-1/2^3)・ζ(4)
      =(1-1/2)・ζ(2)(π/2)^2 /2!- (1-2)・ζ(0)(π/2)^4 /4!

 ζ(0)=-1/2,ζ(2)=π^2/6 であるから、ζ(4)を求めると、簡単に

 ζ(4)=π^4/90

が出る。

以上




2006/6/3          < ζ(6)とζ(8)の導出 > Cos[s=4 or 6,π/2代入,πテイラー]

 ついでにζ(6)とζ(8)も求めておきます。
 上と同条件で求めましたが、やり方はまったく同じなので、結果だけ書きます。

ζ(6)は、次のようになります。
-2^(-6)・(1-1/2^5)・ζ(6)
   =-(1-1/2^5)・ζ(6) + (1-1/2^3)・ζ(4)(π/2)^2 /2!
      - (1-1/2)・ζ(2)(π/2)^4 /4! + (1-2)・ζ(0)(π/2)^6 /6!

 同じですが、次のようにも表現できます。

(1-1/2^6)・(1-1/2^5)・ζ(6)
     =(1-1/2^3)・ζ(4)(π/2)^2 /2!
         - (1-1/2)・ζ(2)(π/2)^4 /4! + (1-2)・ζ(0)(π/2)^6 /6!


ζ(8)は次の通り。
-2^(-8)・(1-1/2^7)・ζ(8)
   =-(1-1/2^7)・ζ(8) + (1-1/2^5)・ζ(6)(π/2)^2 /2!
      - (1-1/2^3)・ζ(4)(π/2)^4 /4! + (1-1/2)・ζ(2)(π/2)^6 /6!- (1-2)・ζ(0)(π/2)^8 /8!

 同じですが、次のようにも表現できます。

(1-1/2^8)・(1-1/2^7)・ζ(8)
     = (1-1/2^5)・ζ(6)(π/2)^2 /2!- (1-1/2^3)・ζ(4)(π/2)^4 /4!
         + (1-1/2)・ζ(2)(π/2)^6 /6!- (1-2)・ζ(0)(π/2)^8 /8!


 上より、
 ζ(6)=π^6/945,  ζ(8)=π^8/9450

とよく知られた特殊値が出ます。

 このページのζ(2),ζ(4),ζ(6),ζ(8)の結果より、偶数ゼータは有限個の偶数ゼータで表現できることが
わかります。
 面白いですね。

 偶数ゼータの結果をまとめておきましょう。
テイラーシステムによって得られた ζ(2) ,ζ(4),ζ(6) ,ζ(8) の表式 Cos[ s=2,4,6,8, π/2代入,πテイラー]

 (1-1/2^2)・(1-1/2^1)・ζ(2)= (1-2^1)・ζ(0)(π/2)^2 /2!


 (1-1/2^4)・(1-1/2^3)・ζ(4)
      =(1-2^(-1))・ζ(2)(π/2)^2 /2!- (1-2^1)・ζ(0)(π/2)^4 /4!


 (1-1/2^6)・(1-1/2^5)・ζ(6)
     =(1-2^(-3))・ζ(4)(π/2)^2 /2!
         - (1-2^(-1))・ζ(2)(π/2)^4 /4! + (1-2^1)・ζ(0)(π/2)^6 /6!


 (1-1/2^8)・(1-1/2^7)・ζ(8)
     = (1-2^(-5))・ζ(6)(π/2)^2 /2!- (1-2^(-3))・ζ(4)(π/2)^4 /4!
         + (1-2^(-1))・ζ(2)(π/2)^6 /6!- (1-2^1)・ζ(0)(π/2)^8 /8!







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