Jump to content

Личности Роджерса-Рамануджана

В математике тождества Роджерса -Рамануджана — это два тождества, связанные с основными гипергеометрическими рядами и целочисленными разбиениями . Эти тождества были впервые обнаружены и доказаны Леонардом Джеймсом Роджерсом ( 1894 г. ), а впоследствии были заново открыты (без доказательства) Шринивасой Рамануджаном незадолго до 1913 года. У Рамануджана не было доказательств, но он заново открыл статью Роджерса в 1917 году, и затем они опубликовали совместную работу. новое доказательство ( Роджерс и Рамануджан, 1919 ). Иссай Шур ( 1917 ) независимо заново открыл и доказал эти личности.

Определение

[ редактировать ]

Тождества Роджерса-Рамануджана

(последовательность A003114 в OEIS )

и

(последовательность A003106 в OEIS ).

Здесь, обозначает символ q-Похгаммера .

Комбинаторная интерпретация

[ редактировать ]

Учтите следующее:

  • производящая функция для разбиений ровно с части такие, что соседние части имеют разницу не менее 2.
  • — это производящая функция для разбиений, каждая часть которых конгруэнтна либо 1, либо 4 по модулю 5.
  • производящая функция для разбиений ровно с части такие, что соседние части имеют разность не менее 2, а наименьшая часть равна не менее 2.
  • является производящей функцией для разбиений, каждая часть которых равна либо 2, либо 3 по модулю 5.

Тождества Роджерса-Рамануджана теперь можно интерпретировать следующим образом. Позволять быть неотрицательным целым числом.

  1. Количество разделов такое, что соседние части различаются хотя бы на 2, равно числу разделов так что каждая часть равна либо 1, либо 4 по модулю 5.
  2. Количество разделов такое, что соседние части отличаются по крайней мере на 2 и что наименьшая часть равна по крайней мере 2, равно числу разделов так, что каждая часть равна либо 2, либо 3 по модулю 5.

Альтернативно,

  1. Количество разделов такой, что с части, наименьшая часть - это как минимум совпадает с количеством разделов так что каждая часть равна либо 1, либо 4 по модулю 5.
  2. Количество разделов такой, что с части, наименьшая часть - это как минимум совпадает с количеством разделов так, что каждая часть равна либо 2, либо 3 по модулю 5.

Применение к разделам

[ редактировать ]

Поскольку члены, входящие в тождество, являются производящими функциями определенных разбиений , тождества делают утверждения о разбиениях (разложениях) натуральных чисел. Числовые последовательности, полученные из коэффициентов ряда Маклорена функций Роджерса-Рамануджана G и H, представляют собой специальные числовые последовательности разбиения уровня 5:

Числовая последовательность (Код OEIS: A003114 [ 1 ] ) представляет количество возможностей для затронутого натурального числа n разложить это число на слагаемые шаблонов 5a + 1 или 5a + 4 с a ∈ . Таким образом дает количество распадов целого числа n, в которых соседние части разбиения отличаются как минимум на 2, что равно количеству распадов, в которых каждая часть равна 1 или 4 по модулю 5.

И числовая последовательность (Код OEIS: A003106 [ 2 ] ) аналогично представляет количество возможностей затронутого натурального числа n разложить это число на слагаемые шаблонов 5a + 2 или 5a + 3 с a ∈ . Таким образом дает количество распадов целого числа n, в которых соседние части разбиения отличаются как минимум на 2 и в которых наименьшая часть больше или равна 2, равно количеству распадов, части которых равны 2 или 3 по модулю 5 Это будет проиллюстрировано на примерах в следующих двух таблицах:

Последовательность номеров разделов
Натуральное число n Представления сумм с описанными критериями
1 1 1
2 1 1+1
3 1 1+1+1
4 2 4, 1+1+1+1
5 2 4+1, 1+1+1+1+1
6 3 6, 4+1+1, 1+1+1+1+1+1
7 3 6+1, 4+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1
8 4 6+1+1, 4+4, 4+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1+1
9 5 9, 6+1+1+1, 4+4+1, 4+1+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1+1+1
10 6 9+1, 6+4, 6+1+1+1+1, 4+4+1+1, 4+1+1+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1+1+1+1
11 7 11, 9+1+1, 6+4+1, 6+1+1+1+1+1, 4+4+1+1+1, 4+1+1+1+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1
12 9 11+1, 9+1+1+1, 6+6, 6+4+1+1, 6+1+1+1+1+1+1, 4+4+4, 4+4+1+1+1+1, 4+1+1+1+1+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1
13 10 11+1+1, 9+4, 9+1+1+1+1, 6+6+1, 6+4+1+1+1, 6+1+1+1+1+1+1+1, 4+4+4+1, 4+4+1+1+1+1+1, 4+1+1+1+1+1+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1
14 12 14, 11+1+1+1, 9+4+1, 9+1+1+1+1+1, 6+6+1+1, 6+4+4, 6+4+1+1+1+1, 6+1+1+1+1+1+1+1+1, 4+4+4+1+1, 4+4+1+1+1+1+1+1, 4+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1
15 14 14+1, 11+4, 11+1+1+1+1, 9+6, 9+4+1+1, 9+1+1+1+1+1+1, 6+6+1+1+1, 6+4+4+1, 6+4+1+1+1+1+1, 6+1+1+1+1+1+1+1+1+1, 4+4+4+1+1+1, 4+4+1+1+1+1+1+1+1, 4+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1
16 17 16, 14+1+1, 11+4+1, 11+1+1+1+1+1, 9+6+1, 9+4+1+1+1, 9+1+1+1+1+1+1+1, 6+6+4, 6+6+1+1+1+1, 6+4+4+1+1, 6+4+1+1+1+1+1+1, 6+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1, 4+4+4+4, 4+4+4+1+1+1+1, 4+4+1+1+1+1+1+1+1+1, 4+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1, 1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1
Последовательность номеров разделов
Натуральное число n Представления сумм с описанными критериями
1 0 никто
2 1 2
3 1 3
4 1 2+2
5 1 3+2
6 2 3+3, 2+2+2
7 2 7, 3+2+2
8 3 8, 3+3+2, 2+2+2+2
9 3 7+2, 3+3+3, 3+2+2+2
10 4 8+2, 7+3, 3+3+2+2, 2+2+2+2+2

Роджерс-Рамануджан продолжил дроби R и S

[ редактировать ]

Определение цепных дробей

[ редактировать ]
раскраски домена Представление сходящейся функции , где — это цепная дробь Роджерса-Рамануджана.
Представление аппроксимации продолжающейся фракции Роджерса-Рамануджана.

Следующая непрерывная дробь называется непрерывной дробью Роджерса-Рамануджана . [ 3 ] [ 4 ] Непрерывная дробь называется чередующейся непрерывной дробью Роджерса-Рамануджана!

Стандартизированная непрерывная дробь Чередующаяся непрерывная дробь

Фактор создает частное модульных функций, а также делает показанные непрерывные дроби модульными:

Это определение применимо [ 5 ] для упомянутой непрерывной дроби:

Вот определение тета-функции Рамануджана :

С помощью этой функции непрерывную дробь R можно создать следующим образом:

.

Связь между цепной дробью и функциями Роджерса-Рамануджана была найдена уже Роджерсом в 1894 году (а позже независимо Рамануджаном).

Цепную дробь также можно выразить с помощью эта-функции Дедекинда : [ 6 ]

Попеременная непрерывная дробь имеет следующие тождества с остальными функциями Роджерса-Рамануджана и тэта-функцией Рамануджана, описанной выше:

Тождества с тета-функциями Якоби

[ редактировать ]

Следующие определения действительны для функций Якоби «Тета-Нульверт» :

Следующие определения продуктов идентичны всем упомянутым определениям:

Эти три так называемые функции тета-нулевого значения связаны друг с другом с помощью тождества Якобиана :

Математики Эдмунд Тейлор Уиттакер и Джордж Невилл Уотсон. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] обнаружил эти дефиниционные тождества.

Функции непрерывных дробей Роджерса-Рамануджана. и имеют следующие отношения с тета-функциями Нулверта:

Элемент корня пятой степени также можно удалить из эллиптического нома тэта-функции и перенести во внешнюю касательную функцию. Таким образом, можно создать формулу, которая требует только одной из трех основных тета-функций:

Модульные модифицированные функции G и H

[ редактировать ]

Определение модулярной формы G и H

[ редактировать ]

Эллиптическая функция является модулярной функцией, если эта функция в зависимости от эллиптического нома как функции внутренней переменной приводит к функции, которая также является алгебраической комбинацией эллиптического модуля Лежандра и его полных эллиптических интегралов первого рода в K и К'-форма. Эллиптический модуль Лежандра представляет собой числовой эксцентриситет соответствующего эллипса.

Если вы установите (где мнимая часть положительно), следующие две функции: Модульные функции !

Если q = е 2 ямы , тогда q −1/60 г ( д ) и д 11/60 H ( q ) — модулярные функции от τ.

Для цепной дроби Роджерса-Рамануджана R(q) эта формула справедлива на основе описанных модульных модификаций G и H:

Особые значения

[ редактировать ]

Эти функции имеют следующие значения обратной величины константы Гельфонда и квадрата этой обратной величины:

Непрерывная дробь Роджерса-Рамануджана принимает следующие значения ординат для этих значений абсцисс:

Тождества эта-функции Дедекинда

[ редактировать ]

Вывод по среднему геометрическому

[ редактировать ]

Приведены упомянутые определения и уже упомянутым способом:

Тождества эта-функции Дедекинда для функций G и H получаются в результате объединения только следующих двух цепочек уравнений:

Частное представляет собой непрерывную дробь Роджерса Рамануджана:

Но продукт приводит к упрощенной комбинации операторов Поххаммера:

Среднее геометрическое этих двух цепочек уравнений непосредственно приводит к следующим выражениям в зависимости от эта-функции Дедекинда в их форме Вебера:

Таким образом, модулированные функции и представлены напрямую с использованием только цепной дроби R и фактора эта-функции Дедекинда!

Если использовать только произведения Поххаммера, то к немодулированным функциям G и H применяется следующее тождество:

Теорема о пятиугольных числах

[ редактировать ]

Для эта-функции Дедекинда по определению Вебера [ 10 ] применяются следующие формулы:

Четвертая формула описывает теорему о пятиугольных числах. [ 11 ] из-за экспонентов!

Эти основные определения применимы к пятиугольным числам и номерам карточных домиков :

Пятая формула содержит номера обычных разделов в качестве коэффициентов.

Обычная последовательность номеров разделов само по себе указывает количество способов, которыми положительное целое число можно разбить на положительные целые слагаемые. Для чисел к , соответствующие номера разделов со всеми связанными номерными разделами перечислены в следующей таблице:

Примеры значений P(n) и связанных с ними числовых разделов
н П (п) Соответствующие разделы
1 1 (1)
2 2 (1+1), (2)
3 3 (1+1+1), (1+2), (3)
4 5 (1+1+1+1), (1+1+2), (2+2), (1+3), (4)
5 7 (1+1+1+1+1), (1+1+1+2), (1+2+2), (1+1+3), (2+3), (1+4), (5)
6 11 (1+1+1+1+1+1), (1+1+1+1+2), (1+1+2+2), (2+2+2), (1+1+1+3), (1+2+3), (3+3), (1+1+4), (2+4), (1+5), (6)

Дальнейшие эта-тождества Дедекинда

[ редактировать ]

Следующее дальнейшее упрощение модулированных функций и можно предпринять. Эта связь особенно применима к эта-функции Дедекинда из пятой степени эллиптического нома:

Эти два тождества относительно непрерывной дроби Роджерса-Рамануджана были даны для модулированных функций и :

Комбинация последних трех упомянутых формул приводит к следующей паре формул:

Уменьшенная модульная функция Вебера

[ редактировать ]

Модульные функции Вебера в их сокращенной форме являются эффективным способом вычисления значений функций Роджерса-Рамануджана:

Прежде всего мы представляем приведенные модульные функции Вебера в этом шаблоне:

Эта функция удовлетворяет следующему уравнению шестой степени:

Поэтому это функция действительно является алгебраической функцией.

Но наряду с теоремой Абеля-Руффини эту функцию относительно эксцентриситета невозможно представить элементарными выражениями.

Однако существует множество ценностей, которые на самом деле можно выразить элементарно.

Для этого следует привести четыре примера:

Первый пример:

Второй пример:

Третий пример:

Четвертый пример:

Для этой функции справедливо следующее выражение:

Точное тождество эксцентриситета функций G и H

[ редактировать ]

Таким образом можно получить точные формулы, зависящие от эксцентриситета для функций G и H:

Следующий фактор эта-функции Дедекинда имеет следующую зависимость от эксцентриситета:

Это формула, зависящая от эксцентриситета для цепной дроби R:

Последние три упомянутые теперь формулы будут вставлены в окончательные формулы, упомянутые в разделе выше:

В левой части весов расположены функции и по отношению к эллиптической функции нома записываются напрямую.

А в правой части алгебраическая комбинация эксцентриситета сформулировано.

Поэтому эти функции и действительно модульные функции!

Приложение к уравнениям пятой степени

[ редактировать ]

Открытие соответствующего модуля Чарльзом Эрмитом.

[ редактировать ]

Общий случай уравнений пятой степени в форме Бринга-Джеррарда имеет неэлементарное решение, основанное на теореме Абеля-Руффини , и теперь будет объяснен с использованием эллиптического имени соответствующего модуля, описываемого лемнискатическими эллиптическими функциями упрощенно .

Реальное решение для всех реальных ценностей можно определить следующим образом:

Альтернативно то же решение можно представить следующим образом:

Математик Чарльз Эрмит определил значение эллиптического модуля k по отношению к коэффициенту абсолютного члена формы Бринга-Джеррарда. В своем эссе «Sur la resolution de l'Equation du cinquiéme degré Comptes rendus» он описал метод расчета эллиптического модуля в терминах абсолютного члена. Итальянская версия его эссе «Sulla risoluzione delle equazioni del quinto grado» ровно на странице 258 содержит верхнюю формулу уравнения Бринга-Джеррарда, которую можно решить непосредственно с помощью функций, основанных на соответствующем эллиптическом модуле. Этот соответствующий эллиптический модуль можно определить, используя квадрат котангенса гиперболической лемнискаты. Для получения этого вывода см. статью Википедии «Лемнискатные эллиптические функции» !

Эллиптическое название соответствующего модуля представлено здесь буквой Q:

Аббревиатура ctlh обозначает гиперболический котангенс лемнискаты , а аббревиатура aclh представляет собой гиперболический ареакосинус лемнискаты !

Примеры расчета

[ редактировать ]

Теперь упомянуты два примера этого алгоритма решения:

Первый пример расчета:

Квинтическое уравнение Бринга-Джеррарда:

Формула решения:

Десятичные разряды имени:

Десятичные знаки решения:

Второй пример расчета:

Квинтическое уравнение Бринга-Джеррарда:

Решение:

Десятичные разряды имени:

Десятичные знаки решения:

Приложения в физике

[ редактировать ]

Тождества Роджерса-Рамануджана появились в решении Бакстером модели жесткого шестиугольника в статистической механике.

Демодуляризованная стандартная форма цепной дроби Рамануджана, не привязанная к модульной форме, выглядит следующим образом:

Отношения с аффинными алгебрами Ли и алгебрами вершинных операторов

[ редактировать ]

Джеймс Леповски и Роберт Ли Уилсон были первыми, кто доказал тождества Роджерса-Рамануджана, используя полностью теоретико-представительные методы. Они доказали эти тождества, используя модули уровня 3 для аффинной алгебры Ли. . В ходе этого доказательства они изобрели и использовали то, что они назвали -алгебры. Подход Леповского и Уилсона универсален, поскольку он позволяет рассматривать все аффинные алгебры Ли на всех уровнях. Его можно использовать для поиска (и подтверждения) новых идентификаторов разделов. Первым таким примером является личность Каппарелли, обнаруженная Стефано Каппарелли с использованием модулей уровня 3 для аффинная алгебра Ли .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ «А003114 - ОЭИС» . Проверено 6 августа 2022 г.
  2. ^ «А003106 - ОЭИС» . Проверено 6 августа 2022 г.
  3. ^ Непрерывная дробь Роджерса-Рамануджана, Mathworld
  4. ^ Брюс Берндт и др., Непрерывная дробь Роджерса-Рамануджана, pdf
  5. ^ Брюс К. Берндт, Хенг Хуат Чан, Сен-Шань Хуан, Сун-И Кан, Джебум Сон, Сын Хван Сон (1 мая 1999 г.), «Продолженная дробь Роджерса-Рамануджана» , Журнал вычислительной и прикладной математики , том . 105, нет. 1, стр. 9–24, CiteSeerX   10.1.1.47.3006 , doi : 10.1016/S0377-0427(99)00033-3 , ISSN   0377-0427 , получено 7 сентября 2023 г. {{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  6. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Продолжительная дробь Роджерса-Рамануджана» . Математический мир .
  7. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Тэта-функции Якоби» . Математический мир .
  8. ^ http://wayback.cecm.sfu.ca/ ~pborwein/TEMP_PROTECTED/pi-agm.pdf
  9. ^ «DLMF: 20.5 бесконечных произведений и связанные с ними результаты» . 13 августа 2022 г.
  10. ^ Эрик В. Вайсштейн. «Эта-функция Дедекинда» . Проверено 2 апреля 2022 г.
  11. ^ https://vdoc.pub/download/a-brief-introduction-to-theta-functions-6v41da306900 [ только URL ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 52d270e9c06a98578c878ab0798f922b__1724916120
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/52/2b/52d270e9c06a98578c878ab0798f922b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Rogers–Ramanujan identities - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)