1

x

هدف البحث

بحث في العناوين

بحث في اسماء الكتب

بحث في اسماء المؤلفين

اختر القسم

القرآن الكريم
الفقه واصوله
العقائد الاسلامية
سيرة الرسول وآله
علم الرجال والحديث
الأخلاق والأدعية
اللغة العربية وعلومها
الأدب العربي
الأسرة والمجتمع
التاريخ
الجغرافية
الادارة والاقتصاد
القانون
الزراعة
علم الفيزياء
علم الكيمياء
علم الأحياء
الرياضيات
الهندسة المدنية
الأعلام
اللغة الأنكليزية

موافق

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : نظرية الاعداد :

Dirichlet L-Series

المؤلف:  Apostol, T. M

المصدر:  Introduction to Analytic Number Theory. New York: Springer-Verlag, 1976.

الجزء والصفحة:  ...

19-12-2019

899

Dirichlet L-Series

 

A Dirichlet L-series is a series of the form

 

 L_k(s,chi)=sum_(n=1)^inftychi_k(n)n^(-s),

(1)

where the number theoretic character chi_k(n) is an integer function with period k, are called Dirichlet L-series. These series are very important in additive number theory (they were used, for instance, to prove Dirichlet's theorem), and have a close connection with modular forms. Dirichlet L-series can be written as sums of Lerch transcendents with z a power of e^(2pii/k).

Dirichlet L-series is implemented in the Wolfram Language as DirichletL[kjs] for the Dirichlet character chi(n) with modulus k and index j.

The generalized Riemann hypothesis conjectures that neither the Riemann zeta function nor any Dirichlet L-series has a zero with real part larger than 1/2.

The Dirichlet lambda function

lambda(s) = sum_(n=0)^(infty)1/((2n+1)^s)

(2)

= (1-2^(-s))zeta(s),

(3)

Dirichlet beta function

L_(-4)(s) =

(4)

= beta(s)

(5)

and Riemann zeta function

L_(+1)(s) = zeta(s)

(6)

= sum_(n=1)^(infty)1/(n^s)

(7)

are all Dirichlet L-series (Borwein and Borwein 1987, p. 289).

Hecke (1936) found a remarkable connection between each modular form with Fourier series

 f(tau)=c(0)+sum_(n=1)^inftyc(n)e^(2piintau)

(8)

and the Dirichlet L-series

 phi(s)=sum_(n=1)^infty(c(n))/(n^s)

(9)

This Dirichlet series converges absolutely for sigma=R[s]>k+1 (if f is a cusp form) and sigma>2k if f is not a cusp form. In particular, if the coefficients c(n) satisfy the multiplicative property

 c(m)c(n)=sum_(d|(m,n))d^(2k-1)c((mn)/(d^2)),

(10)

then the Dirichlet L-series will have a representation of the form

(11)

which is absolutely convergent with the Dirichlet series (Apostol 1997, pp. 136-137). In addition, let k>=4 be an even integer, then phi(s) can be analytically continued beyond the line sigma=k such that

1. If c(0)=0, then phi(s) is an entire function of s,

2. If c(0)!=0phi(s) is analytic for all s except a single simple pole at s=k with complex residue

 ((-1)^(k/2)c(0)(2pi)^k)/(Gamma(k)),

(12)

where Gamma(k) is the gamma function, and

3. phi(s) satisfies

 (2pi)^(-s)Gamma(s)phi(s)=(-1)^(k/2)(2pi)^(s-k)Gamma(k-s)phi(k-s)

(13)

(Apostol 1997, p. 137).

The number theoretic character chi_k is called primitive if the j-conductor f(chi)=k. Otherwise, chi_k is imprimitive. A primitive L-series modulo k is then defined as one for which chi_k(n) is primitive. All imprimitive L-series can be expressed in terms of primitive L-series.

Let P=1 or P=product_(i=1)^(t)p_i, where p_i are distinct odd primes. Then there are three possible types of primitive L-series with real coefficients. The requirement of real coefficients restricts the number theoretic character to chi_k(n)=+/-1 for all k and n. The three type are then

1. If k=P (e.g., k=1, 3, 5, ...) or k=4P (e.g., k=4, 12, 20, ...), there is exactly one primitive L-series.

2. If k=8P (e.g., k=8, 24, ...), there are two primitive L-series.

3. If k=2P,Pp_i, or 2^alphaP where alpha>3 (e.g., k=2, 6, 9, ...), there are no primitive L-series

(Zucker and Robertson 1976). All primitive L-series are algebraically independent and divide into two types according to

 chi_k(k-1)=+/-1.

(14)

Primitive L-series of these types are denoted L_+/-. For a primitive L-series with real number theoretic character, if k=P, then

 L_k={L_(-k)   if P=3 (mod 4); L_k   if P=1 (mod 4).

(15)

If k=4P, then

 L_k={L_(-k)   if P=1 (mod 4); L_k   if P=3 (mod 4),

(16)

and if k=8P, then there is a primitive function of each type (Zucker and Robertson 1976).

The first few primitive negative L-series are L_(-3)L_(-4)L_(-7)L_(-8)L_(-11)L_(-15)L_(-19)L_(-20)L_(-23)L_(-24)L_(-31)L_(-35)L_(-39)L_(-40)L_(-43)L_(-47)L_(-51)L_(-52)L_(-55)L_(-56)L_(-59)L_(-67)L_(-68)L_(-71)L_(-79)L_(-83)L_(-84)L_(-87)L_(-88)L_(-91)L_(-95), ... (OEIS A003657), corresponding to the negated discriminants of imaginary quadratic fields. The first few primitive positive L-series are L_(+1)L_(+5)L_(+8)L_(+12)L_(+13)L_(+17)L_(+21)L_(+24)L_(+28)L_(+29)L_(+33)L_(+37)L_(+40)L_(+41)L_(+44)L_(+53)L_(+56)L_(+57)L_(+60)L_(+61)L_(+65)L_(+69)L_(+73)L_(+76)L_(+77)L_(+85)L_(+88)L_(+89)L_(+92)L_(+93)L_(+97), ... (OEIS A003658).

The Kronecker symbol (d/n) is a real number theoretic character modulo d, and is in fact essentially the only type of real primitive number theoretic character mod d (Ayoub 1963). Therefore,

 L_d(s)=sum_(n=1)^infty(d/n)n^(-s)

(17)

where (d/n) is the Kronecker symbol (Borwein and Borwein 1987, p. 293).

For primitive values of d, the Kronecker symbols are periodic with period |d|, so L_d(s) can be written in the form of |d|-1 sums, each of which can be expressed in terms of the polygamma function psi_n(z), giving

(18)

The functional equations for L_+/- are

L_(-d)(s) = 2^spi^(s-1)d^(-s+1/2)Gamma(1-s)cos(1/2spi)L_(-d)(1-s)

(19)

L_(+d)(s) = 2^spi^(s-1)d^(-s+1/2)Gamma(1-s)sin(1/2spi)L_(+d)(1-s)

(20)

(Borwein and Borwein 1986, p. 303).

For m a positive integer

L_(+d)(-2m) = 0

(21)

L_(-d)(1-2m) = 0

(22)

L_(+d)(2m) =

(23)

L_(-d)(2m-1) =

(24)

L_(+d)(1-2m) = ((-1)^m(2m-1)!R)/((2k)^(2m-1))

(25)

L_(-d)(-2k) =

(26)

where R and  are rational numbers. Nothing general appears to be known about L_(-d)(2m) or L_(+d)(2m-1), although it is possible to express all L_+/-(1) in terms of known transcendentals (Zucker and Robertson 1976).

L_(+d)(1) can be expressed in terms of transcendentals by

 L_d(1)=h(d)kappa(d),

(27)

where h(d) is the class number and kappa(d) is the Dirichlet structure constant.

No general forms are known for L_(-d)(2m) and L_(+d)(2m-1) in terms of known transcendentals. Edwards (2000) gives several examples of special cases of . A number of primitive series L_d(1) are given by

L_(-20)(1) = pi/(sqrt(5))

(28)

L_(-15)(1) = (2pi)/(sqrt(15))

(29)

L_(-11)(1) = pi/(sqrt(11))

(30)

L_(-8)(1) = pi/(2sqrt(2))

(31)

L_(-7)(1) = pi/(sqrt(7))

(32)

L_(-4)(1) = 1/4pi

(33)

L_(-3)(1) = 1/9pisqrt(3)

(34)

L_(+5)(1) = 2/5sqrt(5)lnphi

(35)

L_(+8)(1) = (ln(1+sqrt(2)))/(sqrt(2))

(36)

L_(+12)(1) = (ln(2+sqrt(3)))/(sqrt(3))

(37)

L_(+13)(1) = 2/(sqrt(13))ln((3+sqrt(13))/2)

(38)

L_(+17)(1) = 2/(sqrt(17))ln(4+sqrt(17))

(39)

L_(+21)(1) = 2/(sqrt(21))ln((5+sqrt(21))/2)

(40)

L_(+24)(1) = (ln(5+2sqrt(6)))/(sqrt(6)),

(41)

and for L_k(2) are given by

L_(-8)(2) = 1/(64)[psi_1(1/8)+psi_1(3/8)-psi_1(5/8)-psi_1(7/8)]

(42)

L_(-7)(2) = 1/(49)[psi_1(1/7)+psi_1(2/7)-psi_1(3/7)+psi_1(4/7)

(43)

L_(-4)(2) = K

(44)

L_(-3)(2) = 1/9[psi_1(1/3)-psi_1(2/3)]

(45)

L_(+1)(2) = 1/6pi^2

(46)

L_(+5)(2) = 4/(125)pi^2sqrt(5)

(47)

L_(+8)(2) = 1/(16)pi^2sqrt(2)

(48)

L_(+12)(2) = 1/(18)pi^2sqrt(3)

(49)

L_(+13)(2) = (4pi^2)/(13sqrt(13))

(50)

L_(+17)(2) = (8pi^2)/(17sqrt(17))

(51)

L_(+21)(2) = (8pi^2)/(21sqrt(21)),

(52)

where K is Catalan's constant, psi_1(z) is the trigamma function, and Li_2(z) is the dilogarithm.

Bailey and Borwein (Bailey and Borwein 2005; Bailey et al. 2006a, pp. 5 and 62; Bailey et al. 2006b; Bailey and Borwein 2008; Coffey 2008) conjectured the relation actually in effect proved by Zagier (1986) nearly twenty years earlier (M. Coffey, pers. comm., Mar. 30, 2009) that L_(-7)(2) is also given by

I_7 = (24)/(7sqrt(7))int_(pi/3)^(pi/2)ln|(tanx+sqrt(7))/(tanx-sqrt(7))|dx

(53)

= -4/(7sqrt(7)){9ln2cot^(-1)sqrt(7)+(pi-6cot^(-1)sqrt(7))×ln(sqrt(7)-sqrt(3))-piln(sqrt(3)+sqrt(7))+3i[Li_2((sqrt(7)-sqrt(3))/(sqrt(7)-i))-Li_2((sqrt(7)-sqrt(3))/(sqrt(7)+i))-Li_2((sqrt(7)-i)/(sqrt(3)+sqrt(7)))+Li_2((sqrt(7)+i)/(sqrt(3)+sqrt(7)))]}

(54)

= (24)/(7sqrt(7)){Cl_2(theta_+)+1/2[Cl_2(2omega_+)-Cl_2(2omega_++2theta_+)]}

(55)

= 4/(7sqrt(7))[3Cl_2(theta_7)-3Cl_2(2theta_7)+Cl_2(3theta_7)]

(56)

= 1.1519254705...

(57)

where the latter expressions are due to Coffey (2008ab), with

omega_+ = tan^(-1)(sqrt(7))-(2pi)/3

(58)

omega_- = -omega_+

(59)

= tan^(-1)((2sqrt(3)-sqrt(7))/5)

(60)

theta_+ = tan^(-1)(1/3sqrt(7))

(61)

theta_7 = 2tan^(-1)(sqrt(7)).

(62)


REFERENCES:

Apostol, T. M. Introduction to Analytic Number Theory. New York: Springer-Verlag, 1976.

Apostol, T. M. "Modular Forms and Dirichlet Series" and "Equivalence of Ordinary Dirichlet Series." §6.16 and §8.8 in Modular Functions and Dirichlet Series in Number Theory, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, pp. 136-137 and 174-176, 1997.

Ayoub, R. G. An Introduction to the Analytic Theory of Numbers. Providence, RI: Amer. Math. Soc., 1963.

Bailey, D. H. and Borwein, J. M. "Experimental Mathematics: Examples, Methods, and Implications." Not. Amer. Math. Soc. 52, 502-514, 2005.

Bailey, D. H. and Borwein, J. M. "Computer-Assisted Discovery and Proof." In Tapas in Experimental Mathematics (Ed. T. Amdeberhan and V. Moll). Providence, RI: Amer. Math. Soc., 2008.

Bailey, D. H.; Borwein, J. M.; Calkin, N. J.; Girgensohn, R.; Luke, D. R.; and Moll, V. H. Experimental Mathematics in Action. Wellesley, MA: A K Peters, p. 222, 2006a. http://crd.lbl.gov/~dhbailey/expmath/maa-course/hyper-ema.pdf.

Bailey, D. H.; Borwein, J. M.; Kapoor, V.; and Weisstein, E. W. "Ten Problems in Experimental Mathematics." Amer. Math. Monthly 113, 481-509, 2006b.

Borwein, J. M. and Borwein, P. B. Pi & the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity. New York: Wiley, 1987.

Buell, D. A. "Small Class Numbers and Extreme Values of L-Functions of Quadratic Fields." Math. Comput. 139, 786-796, 1977.

Coffey, M. W. "Evaluation of a ln tan Integral Arising in Quantum Field Theory." J. Math. Phys. 49, 093508-1-15, 2008a.

Coffey, M. W. "Alternative Evaluation of a ln tan Integral Arising in Quantum Field Theory." Nov. 15, 2008b. http://arxiv.org/abs/0810.5077.

Edwards, H. M. Fermat's Last Theorem : A Genetic Introduction to Algebraic Number Theory. New York: Springer-Verlag, 2000.

Hecke, E. "Über die Bestimmung Dirichletscher Reihen durch ihre Funktionalgleichung." Math. Ann. 112, 664-699, 1936.

Ireland, K. and Rosen, M. "Dirichlet L-Functions." Ch. 16 in A Classical Introduction to Modern Number Theory, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, pp. 249-268, 1990.

Koch, H. "L-Series." Ch. 7 in Number Theory: Algebraic Numbers and Functions. Providence, RI: Amer. Math. Soc., pp. 203-258, 2000.

Shanks, D. and Wrench, J. W. Jr. "The Calculation of Certain Dirichlet Series." Math. Comput. 17, 135-154, 1963.

Shanks, D. and Wrench, J. W. Jr. "Corrigendum to 'The Calculation of Certain Dirichlet Series.' " Math. Comput. 17, 488, 1963.

Sloane, N. J. A. Sequences A003657/M2332, A003658/M3776, and A103133 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Zagier, D. "Hyperbolic Manifolds and Special Values of Dedekind Zeta-Functions." Invent. Math. 83, 285-301, 1986.

Zucker, I. J. and Robertson, M. M. "Some Properties of Dirichlet L-Series." J. Phys. A: Math. Gen. 9, 1207-1214, 1976.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي