المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر

موعد زراعة قصب السكر Planting date
24-11-2019
القوة الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية متحدتان
2023-03-14
كيف تكونت الأرض
2024-10-03
الرد على أصحاب الفروض غير الزوجين
21-5-2017
التخطيط على نطاق المجتمع
2-8-2022
{فبدل الذين ظلموا قولا غير الذي قيل لهم}
2024-08-08

Tau Function  
  
752   04:07 مساءً   date: 22-8-2020
Author : Andrews, G. E.; Berndt, B. C.; and Rankin, R. A.
Book or Source : Ramanujan Revisited: Proceedings of the Centenary Conference, University of Illinois at Urbana-Champaign, June 1-5, 1987 New York: Academic Press,...
Page and Part : ...


Read More
Date: 13-6-2020 563
Date: 29-12-2019 646
Date: 26-12-2019 971

Tau Function

 TauFunction

A function tau(n) related to the divisor function sigma_k(n), also sometimes called Ramanujan's tau function. It is defined via the Fourier series of the modular discriminant Delta(tau) for tau in H, where H is the upper half-plane, by

 Delta(tau)=(2pi)^(12)sum_(n=1)^inftytau(n)e^(2piintau)

(1)

(Apostol 1997, p. 20). The tau function is also given by the Cauchy product

tau(n) = 8000{(sigma_3 degreessigma_3) degreessigma_3}(n)-147(sigma_5 degreessigma_5)(n)

(2)

= (65)/(756)sigma_(11)(n)+(691)/(756)sigma_5(n)-(691)/3sum_(k=1)^(n-1)sigma_5(k)sigma_5(n-k),

(3)

where sigma_k(n) is the divisor function (Apostol 1997, pp. 24 and 140), sigma_3(0)=1/240, and sigma_5(0)=-1/504.

The tau function has generating function

G(x) = sum_(n=1)^(infty)tau(n)x^n

(4)

= xproduct_(n=1)^(infty)(1-x^n)^(24)

(5)

= x(x)_infty^(24)

(6)

= x-24x^2+252x^3-1472x^4+4830x^5-6048x^6+...

(7)

= x(1-3x+5x^3-7x^6+...)^8,

(8)

where (q)_infty=(q;q)_infty is a q-Pochhammer symbol. The first few values are 1, -24, 252, -1472, 4830, ... (OEIS A000594). The tau function is given by the Wolfram Language function RamanujanTau[n].

The series

 f(s)=sum_(n=1)^infty(tau(n))/(n^s),

(9)

is known as the tau Dirichlet series.

Lehmer (1947) conjectured that tau(n)!=0 for all n, an assertion sometimes known as Lehmer's conjecture. Lehmer verified the conjecture for n<214928639999 (Apostol 1997, p. 22). The following table summarizes progress on finding successively larger values of n for which this condition holds.

n reference
3316799 Lehmer (1947)
214928639999 Lehmer (1949)
10^(15) Serre (1973, p. 98), Serre (1985)
1213229187071998 Jennings (1993)
22689242781695999 Jordan and Kelly (1999)
22798241520242687999 Bosman (2007)

Ramanujan gave the computationally efficient triangular recurrence formula

 (n-1)tau(n)=sum_(m=1)^(b_n)(-1)^(m+1)(2m+1)×[n-1-9/2m(m+1)]tau(n-1/2m(m+1)),

(10)

where

 b_n=1/2(sqrt(8n+1)-1)

(11)

(Lehmer 1943; Jordan and Kelly 1999), which can be used recursively with the formula

 tau(p^n)=sum_(j=0)^(|_n/2_|)(-1)^j(n-j; n-2j)p^(11j)[tau(p)]^(n-2j)

(12)

(Gandhi 1961, Jordan and Kelly 1999).

Ewell (1999) gave the beautiful formulas

tau(4n+2)=-3sum_(k=1)^(2n+1)2^(3b(2k))sigma_3(Od(2k))

(13)

 ×sum_(j=0)^(4n-2k+2)(-1)^jr_8(4n+2-2k-j)r_8(j)

(14)

sum_(k=1)^(n)2^(3b(2k))sigma_3(Od(2k))

(15)

 ×sum_(j=0)^(2n+1-2k)(-1)^jr_8(2n+1-2k-j)r_8(j)=0

(16)

tau(4m)=-2^(11)tau(m)-3sum_(k=1)^(2m)2^(3b(2k))sigma_3(Od(2k))

(17)

 ×sum_(j=0)^(4m-2k)(-1)^jr_8(4m-2k-j)r_8(j)

(18)

tau(2n+1)=sum_(k=1)^(2n+1)2^(3[b(2k)-1])sigma_3(Od(2k))

(19)

 ×sum_(j=0)^(2n+2-2k)(-1)^jr_8(3n+2-2k-j)r_8(j),

(20)

where b(n) is the exponent of the exact power of 2 dividing nOd(n) is the odd part of nsigma_k(n) is the divisor function of n, and r_k(n) is the sum of squares function.

For prime p,

 tau(p^(n+1))=tau(p)tau(p^n)-p^(11)tau(p^(n-1))

(21)

for n>=1, and

 tau(p^alphan)=tau(p)tau(p^(alpha-1)n)-p^(11)tau(p^(alpha-2)n)

(22)

for alpha>=2 and (n,p)=1 (Mordell 1917; Apostol 1997, p. 92).

Ramanujan conjectured and Mordell (1917) proved that if , then

(23)

(Hardy 1999, p. 161). More generally,

(24)

which reduces to the first form if  (Mordell 1917; Apostol 1997, p. 93).

Ramanujan (1920) showed that

tau(2n)=0 (mod 2)

(25)

tau(3n)=0 (mod 3)

(26)

tau(5n)=0 (mod 5)

(27)

(Darling 1921; Wilton 1930),

 tau(7n+m)=0 (mod 7)

(28)

for m=0 or one the quadratic non-residues of 7, i.e., 3, 5, 6, and

 tau(23n+m)=0 (mod 23)

(29)

for one the quadratic non-residues of 23, i.e., 5, 7, 10, 11, 14, 15, 17, 19, 20, 21, 22 (Mordell 1922; Wilton 1930). Ewell (1999) showed that

 tau(4n)=tau(n) (mod 3).

(30)

Ramanujan conjectured and Watson proved that tau(n) is divisible by 691 for almost all n, specifically

 tau(n)=sigma_(11)(n) (mod 691),

(31)

where sigma_k(n) is the divisor function (Wilton 1930; Apostol 1997, pp. 93 and 140; Jordan and Kelly 1999), and 691 is the numerator of the Bernoulli number B_(12).

Additional congruences include

tau(n) = sigma_(11)(n) (mod 2^8) for n odd

(32)

tau(n) = n^2sigma_7(n) (mod 3^3)

(33)

tau(n) = nsigma_9(n) (mod 5^2)

(34)

tau(n) = nsigma_3(n) (mod 7)

(35)

tau(n) = sigma_(11)(n) (mod 691)

(36)

tau(n) = {sigma_(11)(n) (mod 2^(11)) if n=1 (mod 8); 1217sigma_(11)(n) (mod 2^(13)) if n=3 (mod 8); 1537sigma_(11)(n) (mod 2^(12)) if n=5 (mod 8); 705sigma_(11)(n) (mod 2^(14)) if n=7 (mod 8)

(37)

tau(n) = n^(-610)sigma_(1231)(n){ (mod 3^6) if n=1 (mod 3);  (mod 3^7) if n=2 (mod 3)

(38)

tau(n) = n^(-30)sigma_(71)(n) if GCD(n,5)=1

(39)

tau(n) = nsigma_9(n){ (mod 7) if n=0, 1, 2, or 4 (mod 7);  (mod 7^2) if n=3, 5, or 6 (mod 7)

(40)

tau(p) = {0 (mod 23) if (p/23)=-1; 2 (mod 23) if p=u^2+23v^2 with u!=0, v; -1 (mod 23) for other p!=23,

(41)

where sigma_k(n) is the divisor function (Swinnerton-Dyer 1988, Jordan and Kelly 1999).

tau(n) is almost always divisible by 2^5·3^3·5^2·7^2·23·691 according to Ramanujan. In fact, Serre has shown that tau(n) is almost always divisible by any integer (Andrews et al. 1988).

The summatory tau function is given by

(42)

Here, the prime indicates that when x is an integer, the last term tau(x) should be replaced by 1/2tau(x).


REFERENCES:

Andrews, G. E.; Berndt, B. C.; and Rankin, R. A. (Eds.). Ramanujan Revisited: Proceedings of the Centenary Conference, University of Illinois at Urbana-Champaign, June 1-5, 1987 New York: Academic Press, 1988.

Apostol, T. M. Modular Functions and Dirichlet Series in Number Theory, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, 1997.

Charles, C. D. "Computing the Ramanujan Tau Function." https://www.cs.wisc.edu/~cdx/.

Darling, H. B. C. Proc. London Math. Soc. 19, 350-372, 1921.

Ewell, J. A. "New Representations of Ramanujan's Tau Function." Proc. Amer. Math. Soc. 128, 723-726, 1999.

Gandhi, J. M. "The Nonvanishing of Ramanujan's tau-Function." Amer. Math. Monthly 68, 757-760, 1961.

Hardy, G. H. "Ramanujan's Function tau(n)." Ch. 10 in Ramanujan: Twelve Lectures on Subjects Suggested by His Life and Work, 3rd ed. New York: Chelsea, pp. 63 and 161-185, 1999.

Jennings, D. Ph.D. thesis. Southampton, 1993.

Jordan, B. and Kelly, B. III. "The Vanishing of the Ramanujan Tau Function." Preprint, 12 Mar 1999.

Keiper, J. "On the Zeros of the Ramanujan tau-Dirichlet Series in the Critical Strip." Math. Comput. 65, 1613-1619, 1996.

LeVeque, W. J. §F35 in Reviews in Number Theory 1940-1972. Providence, RI: Amer. Math. Soc., 1974.

Lehmer, D. H. "Ramanujan's Function tau(n)." Duke Math. J. 10, 483-492, 1943.

Lehmer, D. H. "The Vanishing of Ramanujan's Function tau(n)." Duke Math. J. 14, 429-433, 1947.

Moreno, C. J. "A Necessary and Sufficient Condition for the Riemann Hypothesis for Ramanujan's Zeta Function." Illinois J. Math. 18, 107-114, 1974.

Mordell, L. J. "On Mr. Ramanujan's Empirical Expansions of Modular Functions." Proc. Cambridge Phil. Soc. 19, 117-124, 1917.

Mordell, L. J. "Note on Certain Modular Relations Considered by Messrs Ramanujan, Darling, and Rogers." Proc. London Math. Soc. 20, 408-416, 1922.

Ramanujan, S. Proc. London Math. Soc. 18, 1920.

Ramanujan, S. "Congruence Properties of Partitions." Math. Z. 9, 147-153, 1921.

Serre, J.-P. A Course in Arithmetic. New York: Springer-Verlag, 1973.

Serre, J.-P. "Sur la Lacunatité des Puissances de eta." Glasgow Math. J. 27, 203-221, 1985.

Sivaramakrishnan, R. Classical Theory of Arithmetic Functions. New York: Dekker, pp. 275-278, 1989.

Sloane, N. J. A. Sequence A000594/M5153 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Spira, R. "Calculation of the Ramanujan Tau-Dirichlet Series." Math. Comput. 27, 379-385, 1973.

Stanley, G. K. "Two Assertions Made by Ramanujan." J. London Math. Soc. 3, 232-237, 1928.

Stanley, G. K. Corrigendum to "Two Assertions Made by Ramanujan." J. London Math. Soc. 4, 32, 1929.

Swinnerton-Dyer, H. P. F. "Congruence Properties of tau(n)." In Ramanujan Revisited: Proceedings of the Centenary Conference, University of Illinois at Urbana-Champaign, June 1-5, 1987 (Ed. G. E. Andrews, B. C. Berndt, and R. A. Rankin). New York: Academic Press, 1988.

Watson, G. N. "Über Ramanujansche Kongruenzeigenschaften der Zerfällungsanzahlen." Math. Z. 39, 712-731, 1935.

Wilton, J. R. "Congruence Properties of Ramanujan's Function tau(n)." Proc. London Math. Soc. 31, 1-17, 1930.

Yoshida, H. "On Calculations of Zeros of L-Functions Related with Ramanujan's Discriminant Function on the Critical Line." J. Ramanujan Math. Soc. 3, 87-95, 1988.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.