Площадь синей области сходится к постоянной Эйлера-Машерони , которая является 0-й постоянной Стилтьеса.
В математике являются константами Стилтьеса числа
γ
k
{\displaystyle \gamma _{k}}
которые возникают при в ряд Лорана разложении дзета-функции Римана :
ζ
(
1
+
s
)
=
1
s
+
∑
n
=
0
∞
(
−
1
)
n
n
!
γ
n
s
n
.
{\displaystyle \zeta (1+s)={\frac {1}{s}}+\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{n!}}\gamma _{n}s^{n}.}
Константа
γ
0
=
γ
=
0.577
…
{\displaystyle \gamma _{0}=\gamma =0.577\dots }
известна как константа Эйлера-Машерони .
Представления [ править ]
Константы Стилтьеса задаются пределом
γ
n
=
lim
m
→
∞
{
∑
k
=
1
m
(
ln
k
)
n
k
−
∫
1
m
(
ln
x
)
n
x
d
x
}
=
lim
m
→
∞
{
∑
k
=
1
m
(
ln
k
)
n
k
−
(
ln
m
)
n
+
1
n
+
1
}
.
{\displaystyle \gamma _{n}=\lim _{m\to \infty }\left\{\sum _{k=1}^{m}{\frac {(\ln k)^{n}}{k}}-\int _{1}^{m}{\frac {(\ln x)^{n}}{x}}\,dx\right\}=\lim _{m\rightarrow \infty }{\left\{\sum _{k=1}^{m}{\frac {(\ln k)^{n}}{k}}-{\frac {(\ln m)^{n+1}}{n+1}}\right\}}.}
(В случае n = 0 первое слагаемое требует оценки 0 0 , которое принимается равным 1.)
Формула дифференцирования Коши приводит к интегральному представлению
γ
n
=
(
−
1
)
n
n
!
2
π
∫
0
2
π
e
−
n
i
x
ζ
(
e
i
x
+
1
)
d
x
.
{\displaystyle \gamma _{n}={\frac {(-1)^{n}n!}{2\pi }}\int _{0}^{2\pi }e^{-nix}\zeta \left(e^{ix}+1\right)dx.}
Различные представления в терминах интегралов и бесконечных рядов даны в работах Йенсена , Франеля, Эрмита , Харди , Рамануджана , Эйнсворта, Хауэлла, Коппо, Коннона, Коффи, Чоя, Благушина и некоторых других авторов. [1] [2] [3] [4] [5] [6] В частности, интегральная формула Йенсена-Франеля, которую часто ошибочно приписывают Эйнсворту и Хауэллу, утверждает, что
γ
n
=
1
2
δ
n
,
0
+
1
i
∫
0
∞
d
x
e
2
π
x
−
1
{
(
ln
(
1
−
i
x
)
)
n
1
−
i
x
−
(
ln
(
1
+
i
x
)
)
n
1
+
i
x
}
,
n
=
0
,
1
,
2
,
…
{\displaystyle \gamma _{n}={\frac {1}{2}}\delta _{n,0}+{\frac {1}{i}}\int _{0}^{\infty }{\frac {dx}{e^{2\pi x}-1}}\left\{{\frac {(\ln(1-ix))^{n}}{1-ix}}-{\frac {(\ln(1+ix))^{n}}{1+ix}}\right\}\,,\qquad \quad n=0,1,2,\ldots }
где δ n,k — символ Кронекера (дельта Кронекера) . [5] [6] Среди других формул мы находим
γ
n
=
−
π
2
(
n
+
1
)
∫
−
∞
∞
(
ln
(
1
2
±
i
x
)
)
n
+
1
cosh
2
π
x
d
x
n
=
0
,
1
,
2
,
…
{\displaystyle \gamma _{n}=-{\frac {\pi }{2(n+1)}}\int _{-\infty }^{\infty }{\frac {\left(\ln \left({\frac {1}{2}}\pm ix\right)\right)^{n+1}}{\cosh ^{2}\pi x}}\,dx\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad n=0,1,2,\ldots }
γ
1
=
−
[
γ
−
ln
2
2
]
ln
2
+
i
∫
0
∞
d
x
e
π
x
+
1
{
ln
(
1
−
i
x
)
1
−
i
x
−
ln
(
1
+
i
x
)
1
+
i
x
}
γ
1
=
−
γ
2
−
∫
0
∞
[
1
1
−
e
−
x
−
1
x
]
e
−
x
ln
x
d
x
{\displaystyle {\begin{array}{l}\displaystyle \gamma _{1}=-\left[\gamma -{\frac {\ln 2}{2}}\right]\ln 2+i\int _{0}^{\infty }{\frac {dx}{e^{\pi x}+1}}\left\{{\frac {\ln(1-ix)}{1-ix}}-{\frac {\ln(1+ix)}{1+ix}}\right\}\\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}=-\gamma ^{2}-\int _{0}^{\infty }\left[{\frac {1}{1-e^{-x}}}-{\frac {1}{x}}\right]e^{-x}\ln x\,dx\end{array}}}
видеть. [1] [5] [7]
Что касается представлений серий, знаменитый ряд, подразумевающий целую часть логарифма, был предложен Харди в 1912 году. [8]
γ
1
=
ln
2
2
∑
k
=
2
∞
(
−
1
)
k
k
⌊
log
2
k
⌋
⋅
(
2
log
2
k
−
⌊
log
2
2
k
⌋
)
{\displaystyle \gamma _{1}={\frac {\ln 2}{2}}\sum _{k=2}^{\infty }{\frac {(-1)^{k}}{k}}\lfloor \log _{2}{k}\rfloor \cdot \left(2\log _{2}{k}-\lfloor \log _{2}{2k}\rfloor \right)}
Исраилов [9] дал полусходящиеся ряды по числам Бернулли
B
2
k
{\displaystyle B_{2k}}
γ
m
=
∑
k
=
1
n
(
ln
k
)
m
k
−
(
ln
n
)
m
+
1
m
+
1
−
(
ln
n
)
m
2
n
−
∑
k
=
1
N
−
1
B
2
k
(
2
k
)
!
[
(
ln
x
)
m
x
]
x
=
n
(
2
k
−
1
)
−
θ
⋅
B
2
N
(
2
N
)
!
[
(
ln
x
)
m
x
]
x
=
n
(
2
N
−
1
)
,
0
<
θ
<
1
{\displaystyle \gamma _{m}=\sum _{k=1}^{n}{\frac {(\ln k)^{m}}{k}}-{\frac {(\ln n)^{m+1}}{m+1}}-{\frac {(\ln n)^{m}}{2n}}-\sum _{k=1}^{N-1}{\frac {B_{2k}}{(2k)!}}\left[{\frac {(\ln x)^{m}}{x}}\right]_{x=n}^{(2k-1)}-\theta \cdot {\frac {B_{2N}}{(2N)!}}\left[{\frac {(\ln x)^{m}}{x}}\right]_{x=n}^{(2N-1)}\,,\qquad 0<\theta <1}
Коннон, [10] Blagouchine [6] [11] и Коппо [1] дал несколько рядов с биномиальными коэффициентами
γ
m
=
−
1
m
+
1
∑
n
=
0
∞
1
n
+
1
∑
k
=
0
n
(
−
1
)
k
(
n
k
)
(
ln
(
k
+
1
)
)
m
+
1
γ
m
=
−
1
m
+
1
∑
n
=
0
∞
1
n
+
2
∑
k
=
0
n
(
−
1
)
k
(
n
k
)
(
ln
(
k
+
1
)
)
m
+
1
k
+
1
γ
m
=
−
1
m
+
1
∑
n
=
0
∞
H
n
+
1
∑
k
=
0
n
(
−
1
)
k
(
n
k
)
(
ln
(
k
+
2
)
)
m
+
1
γ
m
=
∑
n
=
0
∞
|
G
n
+
1
|
∑
k
=
0
n
(
−
1
)
k
(
n
k
)
(
ln
(
k
+
1
)
)
m
k
+
1
{\displaystyle {\begin{array}{l}\displaystyle \gamma _{m}=-{\frac {1}{m+1}}\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {1}{n+1}}\sum _{k=0}^{n}(-1)^{k}{\binom {n}{k}}(\ln(k+1))^{m+1}\\[7mm]\displaystyle \gamma _{m}=-{\frac {1}{m+1}}\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {1}{n+2}}\sum _{k=0}^{n}(-1)^{k}{\binom {n}{k}}{\frac {(\ln(k+1))^{m+1}}{k+1}}\\[7mm]\displaystyle \gamma _{m}=-{\frac {1}{m+1}}\sum _{n=0}^{\infty }H_{n+1}\sum _{k=0}^{n}(-1)^{k}{\binom {n}{k}}(\ln(k+2))^{m+1}\\[7mm]\displaystyle \gamma _{m}=\sum _{n=0}^{\infty }\left|G_{n+1}\right|\sum _{k=0}^{n}(-1)^{k}{\binom {n}{k}}{\frac {(\ln(k+1))^{m}}{k+1}}\end{array}}}
где G n — коэффициенты Грегори , также известные как обратные логарифмические числа ( G 1 =+1/2, G 2 = −1/12, G 3 = +1/24, G 4 = −19/720,...) .
Более общие серии того же характера включают эти примеры. [11]
γ
m
=
−
(
ln
(
1
+
a
)
)
m
+
1
m
+
1
+
∑
n
=
0
∞
(
−
1
)
n
ψ
n
+
1
(
a
)
∑
k
=
0
n
(
−
1
)
k
(
n
k
)
(
ln
(
k
+
1
)
)
m
k
+
1
,
ℜ
(
a
)
>
−
1
{\displaystyle \gamma _{m}=-{\frac {(\ln(1+a))^{m+1}}{m+1}}+\sum _{n=0}^{\infty }(-1)^{n}\psi _{n+1}(a)\sum _{k=0}^{n}(-1)^{k}{\binom {n}{k}}{\frac {(\ln(k+1))^{m}}{k+1}},\quad \Re (a)>-1}
и
γ
m
=
−
1
r
(
m
+
1
)
∑
l
=
0
r
−
1
(
ln
(
1
+
a
+
l
)
)
m
+
1
+
1
r
∑
n
=
0
∞
(
−
1
)
n
N
n
+
1
,
r
(
a
)
∑
k
=
0
n
(
−
1
)
k
(
n
k
)
(
ln
(
k
+
1
)
)
m
k
+
1
,
ℜ
(
a
)
>
−
1
,
r
=
1
,
2
,
3
,
…
{\displaystyle \gamma _{m}=-{\frac {1}{r(m+1)}}\sum _{l=0}^{r-1}(\ln(1+a+l))^{m+1}+{\frac {1}{r}}\sum _{n=0}^{\infty }(-1)^{n}N_{n+1,r}(a)\sum _{k=0}^{n}(-1)^{k}{\binom {n}{k}}{\frac {(\ln(k+1))^{m}}{k+1}},\quad \Re (a)>-1,\;r=1,2,3,\ldots }
или
γ
m
=
−
1
1
2
+
a
{
(
−
1
)
m
m
+
1
ζ
(
m
+
1
)
(
0
,
1
+
a
)
−
(
−
1
)
m
ζ
(
m
)
(
0
)
−
∑
n
=
0
∞
(
−
1
)
n
ψ
n
+
2
(
a
)
∑
k
=
0
n
(
−
1
)
k
(
n
k
)
(
ln
(
k
+
1
)
)
m
k
+
1
}
,
ℜ
(
a
)
>
−
1
{\displaystyle \gamma _{m}=-{\frac {1}{{\tfrac {1}{2}}+a}}\left\{{\frac {(-1)^{m}}{m+1}}\,\zeta ^{(m+1)}(0,1+a)-(-1)^{m}\zeta ^{(m)}(0)-\sum _{n=0}^{\infty }(-1)^{n}\psi _{n+2}(a)\sum _{k=0}^{n}(-1)^{k}{\binom {n}{k}}{\frac {(\ln(k+1))^{m}}{k+1}}\right\},\quad \Re (a)>-1}
где ψ n ( a ) — полиномы Бернулли второго рода , а N n,r ( a ) — полиномы, заданные порождающим уравнением
(
1
+
z
)
a
+
m
−
(
1
+
z
)
a
ln
(
1
+
z
)
=
∑
n
=
0
∞
N
n
,
m
(
a
)
z
n
,
|
z
|
<
1
,
{\displaystyle {\frac {(1+z)^{a+m}-(1+z)^{a}}{\ln(1+z)}}=\sum _{n=0}^{\infty }N_{n,m}(a)z^{n},\qquad |z|<1,}
соответственно (заметим, что N n,1 ( a ) = ψ n ( a ) ). [12]
Олоа и Таурасо [13] показал, что ряды с номерами гармоник могут привести к константам Стилтьеса
∑
n
=
1
∞
H
n
−
(
γ
+
ln
n
)
n
=
−
γ
1
−
1
2
γ
2
+
1
12
π
2
∑
n
=
1
∞
H
n
2
−
(
γ
+
ln
n
)
2
n
=
−
γ
2
−
2
γ
γ
1
−
2
3
γ
3
+
5
3
ζ
(
3
)
{\displaystyle {\begin{array}{l}\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {H_{n}-(\gamma +\ln n)}{n}}=-\gamma _{1}-{\frac {1}{2}}\gamma ^{2}+{\frac {1}{12}}\pi ^{2}\\[6mm]\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {H_{n}^{2}-(\gamma +\ln n)^{2}}{n}}=-\gamma _{2}-2\gamma \gamma _{1}-{\frac {2}{3}}\gamma ^{3}+{\frac {5}{3}}\zeta (3)\end{array}}}
Blagouchine [6] получены медленно сходящиеся ряды, включающие беззнаковые числа Стирлинга первого рода
[
⋅
⋅
]
{\displaystyle \left[{\cdot \atop \cdot }\right]}
γ
m
=
1
2
δ
m
,
0
+
(
−
1
)
m
m
!
π
∑
n
=
1
∞
1
n
⋅
n
!
∑
k
=
0
⌊
n
/
2
⌋
(
−
1
)
k
⋅
[
2
k
+
2
m
+
1
]
⋅
[
n
2
k
+
1
]
(
2
π
)
2
k
+
1
,
m
=
0
,
1
,
2
,
.
.
.
,
{\displaystyle \gamma _{m}={\frac {1}{2}}\delta _{m,0}+{\frac {(-1)^{m}m!}{\pi }}\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n\cdot n!}}\sum _{k=0}^{\lfloor n/2\rfloor }{\frac {(-1)^{k}\cdot \left[{2k+2 \atop m+1}\right]\cdot \left[{n \atop 2k+1}\right]}{(2\pi )^{2k+1}}}\,,\qquad m=0,1,2,...,}
а также полусходящиеся ряды только с рациональными членами
γ
m
=
1
2
δ
m
,
0
+
(
−
1
)
m
m
!
⋅
∑
k
=
1
N
[
2
k
m
+
1
]
⋅
B
2
k
(
2
k
)
!
+
θ
⋅
(
−
1
)
m
m
!
⋅
[
2
N
+
2
m
+
1
]
⋅
B
2
N
+
2
(
2
N
+
2
)
!
,
0
<
θ
<
1
,
{\displaystyle \gamma _{m}={\frac {1}{2}}\delta _{m,0}+(-1)^{m}m!\cdot \sum _{k=1}^{N}{\frac {\left[{2k \atop m+1}\right]\cdot B_{2k}}{(2k)!}}+\theta \cdot {\frac {(-1)^{m}m!\cdot \left[{2N+2 \atop m+1}\right]\cdot B_{2N+2}}{(2N+2)!}},\qquad 0<\theta <1,}
где m =0,1,2,... В частности, ряд для первой константы Стилтьеса имеет удивительно простой вид
γ
1
=
−
1
2
∑
k
=
1
N
B
2
k
⋅
H
2
k
−
1
k
+
θ
⋅
B
2
N
+
2
⋅
H
2
N
+
1
2
N
+
2
,
0
<
θ
<
1
,
{\displaystyle \gamma _{1}=-{\frac {1}{2}}\sum _{k=1}^{N}{\frac {B_{2k}\cdot H_{2k-1}}{k}}+\theta \cdot {\frac {B_{2N+2}\cdot H_{2N+1}}{2N+2}},\qquad 0<\theta <1,}
где H n — n-й гармоники номер . [6]
Более сложные ряды для констант Стилтьеса приведены в работах Лемера, Ляна, Тодда, Лаврика, Исраилова, Станкуса, Кейпера, Нан-Ю, Уильямса, Коффи. [2] [3] [6]
асимптотический и рост Границы
Константы Стилтьеса удовлетворяют оценке
|
γ
n
|
≤
{
2
(
n
−
1
)
!
π
n
,
n
=
1
,
3
,
5
,
…
4
(
n
−
1
)
!
π
n
,
n
=
2
,
4
,
6
,
…
{\displaystyle |\gamma _{n}|\leq {\begin{cases}\displaystyle {\frac {2(n-1)!}{\pi ^{n}}}\,,\qquad &n=1,3,5,\ldots \\[3mm]\displaystyle {\frac {4(n-1)!}{\pi ^{n}}}\,,\qquad &n=2,4,6,\ldots \end{cases}}}
данное Берндтом в 1972 году. [14] Лучшие оценки в терминах элементарных функций были получены Лавриком. [15]
|
γ
n
|
≤
n
!
2
n
+
1
,
n
=
1
,
2
,
3
,
…
{\displaystyle |\gamma _{n}|\leq {\frac {n!}{2^{n+1}}},\qquad n=1,2,3,\ldots }
by Israilov [9]
|
γ
n
|
≤
n
!
C
(
k
)
(
2
k
)
n
,
n
=
1
,
2
,
3
,
…
{\displaystyle |\gamma _{n}|\leq {\frac {n!C(k)}{(2k)^{n}}},\qquad n=1,2,3,\ldots }
с k =1,2,... и C (1)=1/2, C (2)=7/12,..., авторы Нан-Ю и Уильямс [16]
|
γ
n
|
≤
{
2
(
2
n
)
!
n
n
+
1
(
2
π
)
n
,
n
=
1
,
3
,
5
,
…
4
(
2
n
)
!
n
n
+
1
(
2
π
)
n
,
n
=
2
,
4
,
6
,
…
{\displaystyle |\gamma _{n}|\leq {\begin{cases}\displaystyle {\frac {2(2n)!}{n^{n+1}(2\pi )^{n}}}\,,\qquad &n=1,3,5,\ldots \\[4mm]\displaystyle {\frac {4(2n)!}{n^{n+1}(2\pi )^{n}}}\,,\qquad &n=2,4,6,\ldots \end{cases}}}
by Blagouchine [6]
−
|
B
m
+
1
|
m
+
1
<
γ
m
<
(
3
m
+
8
)
⋅
|
B
m
+
3
|
24
−
|
B
m
+
1
|
m
+
1
,
m
=
1
,
5
,
9
,
…
|
B
m
+
1
|
m
+
1
−
(
3
m
+
8
)
⋅
|
B
m
+
3
|
24
<
γ
m
<
|
B
m
+
1
|
m
+
1
,
m
=
3
,
7
,
11
,
…
−
|
B
m
+
2
|
2
<
γ
m
<
(
m
+
3
)
(
m
+
4
)
⋅
|
B
m
+
4
|
48
−
|
B
m
+
2
|
2
,
m
=
2
,
6
,
10
,
…
|
B
m
+
2
|
2
−
(
m
+
3
)
(
m
+
4
)
⋅
|
B
m
+
4
|
48
<
γ
m
<
|
B
m
+
2
|
2
,
m
=
4
,
8
,
12
,
…
{\displaystyle {\begin{array}{ll}\displaystyle -{\frac {{\big |}{B}_{m+1}{\big |}}{m+1}}<\gamma _{m}<{\frac {(3m+8)\cdot {\big |}{B}_{m+3}{\big |}}{24}}-{\frac {{\big |}{B}_{m+1}{\big |}}{m+1}},&m=1,5,9,\ldots \\[12pt]\displaystyle {\frac {{\big |}B_{m+1}{\big |}}{m+1}}-{\frac {(3m+8)\cdot {\big |}B_{m+3}{\big |}}{24}}<\gamma _{m}<{\frac {{\big |}{B}_{m+1}{\big |}}{m+1}},&m=3,7,11,\ldots \\[12pt]\displaystyle -{\frac {{\big |}{B}_{m+2}{\big |}}{2}}<\gamma _{m}<{\frac {(m+3)(m+4)\cdot {\big |}{B}_{m+4}{\big |}}{48}}-{\frac {{\big |}B_{m+2}{\big |}}{2}},\qquad &m=2,6,10,\ldots \\[12pt]\displaystyle {\frac {{\big |}{B}_{m+2}{\big |}}{2}}-{\frac {(m+3)(m+4)\cdot {\big |}{B}_{m+4}{\big |}}{48}}<\gamma _{m}<{\frac {{\big |}{B}_{m+2}{\big |}}{2}},&m=4,8,12,\ldots \\\end{array}}}
где B n — числа Бернулли , а Мацуока [17] [18]
|
γ
n
|
<
10
−
4
e
n
ln
ln
n
,
n
=
5
,
6
,
7
,
…
{\displaystyle |\gamma _{n}|<10^{-4}e^{n\ln \ln n}\,,\qquad n=5,6,7,\ldots }
Что касается оценок с использованием неэлементарных функций и решений, Кнесль, Коффи [19] и Феких-Ахмед [20] получил вполне точные результаты. Например, Кнесл и Коффи дают следующую формулу, которая относительно хорошо аппроксимирует константы Стилтьеса для больших n . [19] Если v — единственное решение
2
π
exp
(
v
tan
v
)
=
n
cos
(
v
)
v
{\displaystyle 2\pi \exp(v\tan v)=n{\frac {\cos(v)}{v}}}
с
0
<
v
<
π
/
2
{\displaystyle 0<v<\pi /2}
, и если
u
=
v
tan
v
{\displaystyle u=v\tan v}
, затем
γ
n
∼
B
n
e
n
A
cos
(
a
n
+
b
)
{\displaystyle \gamma _{n}\sim {\frac {B}{\sqrt {n}}}e^{nA}\cos(an+b)}
где
A
=
1
2
ln
(
u
2
+
v
2
)
−
u
u
2
+
v
2
{\displaystyle A={\frac {1}{2}}\ln(u^{2}+v^{2})-{\frac {u}{u^{2}+v^{2}}}}
B
=
2
2
π
u
2
+
v
2
[
(
u
+
1
)
2
+
v
2
]
1
/
4
{\displaystyle B={\frac {2{\sqrt {2\pi }}{\sqrt {u^{2}+v^{2}}}}{[(u+1)^{2}+v^{2}]^{1/4}}}}
a
=
tan
−
1
(
v
u
)
+
v
u
2
+
v
2
{\displaystyle a=\tan ^{-1}\left({\frac {v}{u}}\right)+{\frac {v}{u^{2}+v^{2}}}}
b
=
tan
−
1
(
v
u
)
−
1
2
(
v
u
+
1
)
.
{\displaystyle b=\tan ^{-1}\left({\frac {v}{u}}\right)-{\frac {1}{2}}\left({\frac {v}{u+1}}\right).}
До n = 100000 приближение Кнесля-Коффи правильно предсказывает знак γ n , за единственным исключением n = 137. [19]
В 2022 году К. Масланка [21] дал асимптотическое выражение для констант Стилтьеса, которое одновременно проще и точнее известных ранее. В частности, он с относительно небольшой погрешностью воспроизводит
проблемное значение для n = 137.
А именно, когда
n
>>
1
{\displaystyle n>>1}
γ
n
∼
2
π
n
!
R
e
Γ
(
s
n
)
e
−
c
s
n
(
s
n
)
n
n
+
s
n
+
3
2
{\displaystyle \gamma _{n}\sim {\sqrt {\frac {2}{\pi }}}n!\mathrm {Re} {\frac {\Gamma \left(s_{n}\right)e^{-cs_{n}}}{\left(s_{n}\right)^{n}{\sqrt {n+s_{n}+{\frac {3}{2}}}}}}}
где
s
n
{\displaystyle s_{n}}
являются седловыми точками:
s
n
=
n
+
3
2
W
(
±
n
+
3
2
2
π
i
)
{\displaystyle s_{n}={\frac {n+{\frac {3}{2}}}{W\left(\pm {\frac {n+{\frac {3}{2}}}{2\pi i}}\right)}}}
W
{\displaystyle W}
- функция Ламберта и
c
{\displaystyle c}
является константой:
c
=
log
(
2
π
)
+
π
2
i
{\displaystyle c=\log(2\pi )+{\frac {\pi }{2}}i}
Определение сложной «фазы»
φ
n
{\displaystyle \varphi _{n}}
φ
n
≡
1
2
ln
(
8
π
)
−
n
+
(
n
+
1
2
)
ln
(
n
)
+
(
s
n
−
n
−
1
2
)
ln
(
s
n
)
−
1
2
ln
(
n
+
s
n
)
−
(
c
+
1
)
s
n
{\displaystyle \varphi _{n}\equiv {\frac {1}{2}}\ln(8\pi )-n+(n+{\frac {1}{2}})\ln(n)+(s_{n}-n-{\frac {1}{2}})\ln \left(s_{n}\right)-{\frac {1}{2}}\ln \left(n+s_{n}\right)-(c+1)s_{n}}
мы получаем особенно простое выражение, в котором как быстро растущие
отчетливо видны амплитуда и колебания:
γ
n
∼
R
e
[
e
φ
n
]
=
e
R
e
φ
n
cos
(
I
m
φ
n
)
{\displaystyle \gamma _{n}\sim \mathrm {Re} \left[e^{\varphi _{n}}\right]=e^{\mathrm {Re} \varphi _{n}}\cos \left(\mathrm {Im} \varphi _{n}\right)}
Числовые значения [ править ]
Первые несколько значений [22]
н
приблизительное значение γ n
ОЭИС
0
+0.5772156649015328606065120900824024310421593359
А001620
1
−0.0728158454836767248605863758749013191377363383
А082633
2
−0.0096903631928723184845303860352125293590658061
А086279
3
+0.0020538344203033458661600465427533842857158044
А086280
4
+0.0023253700654673000574681701775260680009044694
А086281
5
+0.0007933238173010627017533348774444448307315394
А086282
6
−0.0002387693454301996098724218419080042777837151
А183141
7
−0.0005272895670577510460740975054788582819962534
А183167
8
−0.0003521233538030395096020521650012087417291805
А183206
9
−0.0000343947744180880481779146237982273906207895
А184853
10
+0.0002053328149090647946837222892370653029598537
А184854
100
−4.2534015717080269623144385197278358247028931053 × 10 17
1000
−1.5709538442047449345494023425120825242380299554 × 10 486
10000
−2.2104970567221060862971082857536501900234397174 × 10 6883
100000
+1.9919273063125410956582272431568589205211659777 × 10 83432
При больших n константы Стилтьеса быстро растут по абсолютной величине и меняют знаки сложным образом.
Дополнительную информацию, связанную с численной оценкой констант Стилтьеса, можно найти в работах Кейпера. [23] Креминский, [24] Плуф, [25] Йоханссон [26] [27] and Blagouchine. [27] Во-первых, Йоханссон предоставил значения констант Стилтьеса до n = 100 000 с точностью более 10 000 цифр каждое (числовые значения можно получить из LMFDB [1]) . Позже Йоханссон и Благушин разработали особенно эффективный алгоритм вычисления обобщенных констант Стилтьеса. (см. ниже) для больших n и комплексных a , что также можно использовать для обычных констант Стилтьеса. [27] В частности, он позволяет вычислить γ n до 1000 цифр за минуту для любого n до n =10. 100 .
константы Стилтьеса Обобщенные
Общая информация [ править ]
В более общем смысле можно определить константы Стилтьеса γ n (a), которые встречаются в в ряд Лорана разложении дзета-функции Гурвица :
ζ
(
s
,
a
)
=
1
s
−
1
+
∑
n
=
0
∞
(
−
1
)
n
n
!
γ
n
(
a
)
(
s
−
1
)
n
.
{\displaystyle \zeta (s,a)={\frac {1}{s-1}}+\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{n!}}\gamma _{n}(a)(s-1)^{n}.}
Здесь a — комплексное число с Re( a )>0. Поскольку дзета-функция Гурвица является обобщением дзета-функции Римана, имеем γ n (1)=γ n. Нулевая константа — это просто дигамма-функция γ 0 (a)=-Ψ(a), [28] в то время как другие константы, как известно, не могут быть сведены к какой-либо элементарной или классической функции анализа. Тем не менее, для них существует множество представлений. Например, существует следующее асимптотическое представление
γ
n
(
a
)
=
lim
m
→
∞
{
∑
k
=
0
m
(
ln
(
k
+
a
)
)
n
k
+
a
−
(
ln
(
m
+
a
)
)
n
+
1
n
+
1
}
,
n
=
0
,
1
,
2
,
…
a
≠
0
,
−
1
,
−
2
,
…
{\displaystyle \gamma _{n}(a)=\lim _{m\to \infty }\left\{\sum _{k=0}^{m}{\frac {(\ln(k+a))^{n}}{k+a}}-{\frac {(\ln(m+a))^{n+1}}{n+1}}\right\},\qquad {\begin{array}{l}n=0,1,2,\ldots \\[1mm]a\neq 0,-1,-2,\ldots \end{array}}}
благодаря Берндту и Уилтону. Аналогом формулы Йенсена-Франеля для обобщенной постоянной Стилтьеса является Эрмита формула [5]
γ
n
(
a
)
=
[
1
2
a
−
ln
a
n
+
1
]
(
ln
a
)
n
−
i
∫
0
∞
d
x
e
2
π
x
−
1
{
(
ln
(
a
−
i
x
)
)
n
a
−
i
x
−
(
ln
(
a
+
i
x
)
)
n
a
+
i
x
}
,
n
=
0
,
1
,
2
,
…
ℜ
(
a
)
>
0
{\displaystyle \gamma _{n}(a)=\left[{\frac {1}{2a}}-{\frac {\ln {a}}{n+1}}\right](\ln a)^{n}-i\int _{0}^{\infty }{\frac {dx}{e^{2\pi x}-1}}\left\{{\frac {(\ln(a-ix))^{n}}{a-ix}}-{\frac {(\ln(a+ix))^{n}}{a+ix}}\right\},\qquad {\begin{array}{l}n=0,1,2,\ldots \\[1mm]\Re (a)>0\end{array}}}
Подобные представления даются следующими формулами: [27]
γ
n
(
a
)
=
−
(
ln
(
a
−
1
2
)
)
n
+
1
n
+
1
+
i
∫
0
∞
d
x
e
2
π
x
+
1
{
(
ln
(
a
−
1
2
−
i
x
)
)
n
a
−
1
2
−
i
x
−
(
ln
(
a
−
1
2
+
i
x
)
)
n
a
−
1
2
+
i
x
}
,
n
=
0
,
1
,
2
,
…
ℜ
(
a
)
>
1
2
{\displaystyle \gamma _{n}(a)=-{\frac {{\big (}\ln(a-{\frac {1}{2}}){\big )}^{n+1}}{n+1}}+i\int _{0}^{\infty }{\frac {dx}{e^{2\pi x}+1}}\left\{{\frac {{\big (}\ln(a-{\frac {1}{2}}-ix){\big )}^{n}}{a-{\frac {1}{2}}-ix}}-{\frac {{\big (}\ln(a-{\frac {1}{2}}+ix){\big )}^{n}}{a-{\frac {1}{2}}+ix}}\right\},\qquad {\begin{array}{l}n=0,1,2,\ldots \\[1mm]\Re (a)>{\frac {1}{2}}\end{array}}}
и
γ
n
(
a
)
=
−
π
2
(
n
+
1
)
∫
0
∞
(
ln
(
a
−
1
2
−
i
x
)
)
n
+
1
+
(
ln
(
a
−
1
2
+
i
x
)
)
n
+
1
(
cosh
(
π
x
)
)
2
d
x
,
n
=
0
,
1
,
2
,
…
ℜ
(
a
)
>
1
2
{\displaystyle \gamma _{n}(a)=-{\frac {\pi }{2(n+1)}}\int _{0}^{\infty }{\frac {{\big (}\ln(a-{\frac {1}{2}}-ix){\big )}^{n+1}+{\big (}\ln(a-{\frac {1}{2}}+ix){\big )}^{n+1}}{{\big (}\cosh(\pi x){\big )}^{2}}}\,dx,\qquad {\begin{array}{l}n=0,1,2,\ldots \\[1mm]\Re (a)>{\frac {1}{2}}\end{array}}}
Обобщенные константы Стилтьеса удовлетворяют следующему рекуррентному соотношению
γ
n
(
a
+
1
)
=
γ
n
(
a
)
−
(
ln
a
)
n
a
,
n
=
0
,
1
,
2
,
…
a
≠
0
,
−
1
,
−
2
,
…
{\displaystyle \gamma _{n}(a+1)=\gamma _{n}(a)-{\frac {(\ln a)^{n}}{a}}\,,\qquad {\begin{array}{l}n=0,1,2,\ldots \\[1mm]a\neq 0,-1,-2,\ldots \end{array}}}
а также теорема умножения
∑
l
=
0
n
−
1
γ
p
(
a
+
l
n
)
=
(
−
1
)
p
n
[
ln
n
p
+
1
−
Ψ
(
a
n
)
]
(
ln
n
)
p
+
n
∑
r
=
0
p
−
1
(
−
1
)
r
(
p
r
)
γ
p
−
r
(
a
n
)
⋅
(
ln
n
)
r
,
n
=
2
,
3
,
4
,
…
{\displaystyle \sum _{l=0}^{n-1}\gamma _{p}\left(a+{\frac {l}{n}}\right)=(-1)^{p}n\left[{\frac {\ln n}{p+1}}-\Psi (an)\right](\ln n)^{p}+n\sum _{r=0}^{p-1}(-1)^{r}{\binom {p}{r}}\gamma _{p-r}(an)\cdot (\ln n)^{r}\,,\qquad \qquad n=2,3,4,\ldots }
где
(
p
r
)
{\displaystyle {\binom {p}{r}}}
обозначает биномиальный коэффициент (см. [29] и, [30] стр. 101–102).
константа Стилтьеса обобщенная Первая
Первая обобщенная константа Стилтьеса обладает рядом замечательных свойств.
Тождество Мальмстена (формула отражения для первых обобщенных констант Стилтьеса): формула отражения для первой обобщенной константы Стилтьеса имеет следующий вид
γ
1
(
m
n
)
−
γ
1
(
1
−
m
n
)
=
2
π
∑
l
=
1
n
−
1
sin
2
π
m
l
n
⋅
ln
Γ
(
l
n
)
−
π
(
γ
+
ln
2
π
n
)
cot
m
π
n
{\displaystyle \gamma _{1}{\biggl (}{\frac {m}{n}}{\biggr )}-\gamma _{1}{\biggl (}1-{\frac {m}{n}}{\biggr )}=2\pi \sum _{l=1}^{n-1}\sin {\frac {2\pi ml}{n}}\cdot \ln \Gamma {\biggl (}{\frac {l}{n}}{\biggr )}-\pi (\gamma +\ln 2\pi n)\cot {\frac {m\pi }{n}}}
где m и n — положительные целые числа такие, что m < n .
Эту формулу долгое время приписывали Альмквисту и Меурману, которые вывели ее в 1990-х годах. [31] Однако недавно сообщалось, что это тождество, хотя и в несколько иной форме, впервые было получено Карлом Мальмстеном в 1846 году. [5] [32]
Теорема о рациональных аргументах: первая обобщенная константа Стилтьеса при рациональном аргументе может быть оценена в квазизамкнутой форме с помощью следующей формулы
γ
1
(
r
m
)
=
γ
1
+
γ
2
+
γ
ln
2
π
m
+
ln
2
π
⋅
ln
m
+
1
2
(
ln
m
)
2
+
(
γ
+
ln
2
π
m
)
⋅
Ψ
(
r
m
)
+
π
∑
l
=
1
m
−
1
sin
2
π
r
l
m
⋅
ln
Γ
(
l
m
)
+
∑
l
=
1
m
−
1
cos
2
π
r
l
m
⋅
ζ
″
(
0
,
l
m
)
,
r
=
1
,
2
,
3
,
…
,
m
−
1
.
{\displaystyle {\begin{array}{ll}\displaystyle \gamma _{1}{\biggl (}{\frac {r}{m}}{\biggr )}=&\displaystyle \gamma _{1}+\gamma ^{2}+\gamma \ln 2\pi m+\ln 2\pi \cdot \ln {m}+{\frac {1}{2}}(\ln m)^{2}+(\gamma +\ln 2\pi m)\cdot \Psi \left({\frac {r}{m}}\right)\\[5mm]\displaystyle &\displaystyle \qquad +\pi \sum _{l=1}^{m-1}\sin {\frac {2\pi rl}{m}}\cdot \ln \Gamma {\biggl (}{\frac {l}{m}}{\biggr )}+\sum _{l=1}^{m-1}\cos {\frac {2\pi rl}{m}}\cdot \zeta ''\left(0,{\frac {l}{m}}\right)\end{array}}\,,\qquad \quad r=1,2,3,\ldots ,m-1\,.}
see Blagouchine. [5] [28] Альтернативное доказательство было позже предложено Коффи. [33] и ряд других авторов.
Конечные суммирования: существует множество формул суммирования для первых обобщенных констант Стилтьеса. Например,
∑
r
=
0
m
−
1
γ
1
(
a
+
r
m
)
=
m
ln
m
⋅
Ψ
(
a
m
)
−
m
2
(
ln
m
)
2
+
m
γ
1
(
a
m
)
,
a
∈
C
∑
r
=
1
m
−
1
γ
1
(
r
m
)
=
(
m
−
1
)
γ
1
−
m
γ
ln
m
−
m
2
(
ln
m
)
2
∑
r
=
1
2
m
−
1
(
−
1
)
r
γ
1
(
r
2
m
)
=
−
γ
1
+
m
(
2
γ
+
ln
2
+
2
ln
m
)
ln
2
∑
r
=
0
2
m
−
1
(
−
1
)
r
γ
1
(
2
r
+
1
4
m
)
=
m
{
4
π
ln
Γ
(
1
4
)
−
π
(
4
ln
2
+
3
ln
π
+
ln
m
+
γ
)
}
∑
r
=
1
m
−
1
γ
1
(
r
m
)
⋅
cos
2
π
r
k
m
=
−
γ
1
+
m
(
γ
+
ln
2
π
m
)
ln
(
2
sin
k
π
m
)
+
m
2
{
ζ
″
(
0
,
k
m
)
+
ζ
″
(
0
,
1
−
k
m
)
}
,
k
=
1
,
2
,
…
,
m
−
1
∑
r
=
1
m
−
1
γ
1
(
r
m
)
⋅
sin
2
π
r
k
m
=
π
2
(
γ
+
ln
2
π
m
)
(
2
k
−
m
)
−
π
m
2
{
ln
π
−
ln
sin
k
π
m
}
+
m
π
ln
Γ
(
k
m
)
,
k
=
1
,
2
,
…
,
m
−
1
∑
r
=
1
m
−
1
γ
1
(
r
m
)
⋅
cot
π
r
m
=
π
6
{
(
1
−
m
)
(
m
−
2
)
γ
+
2
(
m
2
−
1
)
ln
2
π
−
(
m
2
+
2
)
ln
m
}
−
2
π
∑
l
=
1
m
−
1
l
⋅
ln
Γ
(
l
m
)
∑
r
=
1
m
−
1
r
m
⋅
γ
1
(
r
m
)
=
1
2
{
(
m
−
1
)
γ
1
−
m
γ
ln
m
−
m
2
(
ln
m
)
2
}
−
π
2
m
(
γ
+
ln
2
π
m
)
∑
l
=
1
m
−
1
l
⋅
cot
π
l
m
−
π
2
∑
l
=
1
m
−
1
cot
π
l
m
⋅
ln
Γ
(
l
m
)
{\displaystyle {\begin{array}{ll}\displaystyle \sum _{r=0}^{m-1}\gamma _{1}\left(a+{\frac {r}{m}}\right)=m\ln {m}\cdot \Psi (am)-{\frac {m}{2}}(\ln m)^{2}+m\gamma _{1}(am)\,,\qquad a\in \mathbb {C} \\[6mm]\displaystyle \sum _{r=1}^{m-1}\gamma _{1}\left({\frac {r}{m}}\right)=(m-1)\gamma _{1}-m\gamma \ln {m}-{\frac {m}{2}}(\ln m)^{2}\\[6mm]\displaystyle \sum _{r=1}^{2m-1}(-1)^{r}\gamma _{1}{\biggl (}{\frac {r}{2m}}{\biggr )}=-\gamma _{1}+m(2\gamma +\ln 2+2\ln m)\ln 2\\[6mm]\displaystyle \sum _{r=0}^{2m-1}(-1)^{r}\gamma _{1}{\biggl (}{\frac {2r+1}{4m}}{\biggr )}=m\left\{4\pi \ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{4}}{\biggr )}-\pi {\big (}4\ln 2+3\ln \pi +\ln m+\gamma {\big )}\right\}\\[6mm]\displaystyle \sum _{r=1}^{m-1}\gamma _{1}{\biggl (}{\frac {r}{m}}{\biggr )}\cdot \cos {\dfrac {2\pi rk}{m}}=-\gamma _{1}+m(\gamma +\ln 2\pi m)\ln \left(2\sin {\frac {k\pi }{m}}\right)+{\frac {m}{2}}\left\{\zeta ''\left(0,{\frac {k}{m}}\right)+\zeta ''\left(0,1-{\frac {k}{m}}\right)\right\}\,,\qquad k=1,2,\ldots ,m-1\\[6mm]\displaystyle \sum _{r=1}^{m-1}\gamma _{1}{\biggl (}{\frac {r}{m}}{\biggr )}\cdot \sin {\dfrac {2\pi rk}{m}}={\frac {\pi }{2}}(\gamma +\ln 2\pi m)(2k-m)-{\frac {\pi m}{2}}\left\{\ln \pi -\ln \sin {\frac {k\pi }{m}}\right\}+m\pi \ln \Gamma {\biggl (}{\frac {k}{m}}{\biggr )}\,,\qquad k=1,2,\ldots ,m-1\\[6mm]\displaystyle \sum _{r=1}^{m-1}\gamma _{1}{\biggl (}{\frac {r}{m}}{\biggr )}\cdot \cot {\frac {\pi r}{m}}=\displaystyle {\frac {\pi }{6}}{\Big \{}(1-m)(m-2)\gamma +2(m^{2}-1)\ln 2\pi -(m^{2}+2)\ln {m}{\Big \}}-2\pi \sum _{l=1}^{m-1}l\cdot \ln \Gamma \left({\frac {l}{m}}\right)\\[6mm]\displaystyle \sum _{r=1}^{m-1}{\frac {r}{m}}\cdot \gamma _{1}{\biggl (}{\frac {r}{m}}{\biggr )}={\frac {1}{2}}\left\{(m-1)\gamma _{1}-m\gamma \ln {m}-{\frac {m}{2}}(\ln m)^{2}\right\}-{\frac {\pi }{2m}}(\gamma +\ln 2\pi m)\sum _{l=1}^{m-1}l\cdot \cot {\frac {\pi l}{m}}-{\frac {\pi }{2}}\sum _{l=1}^{m-1}\cot {\frac {\pi l}{m}}\cdot \ln \Gamma {\biggl (}{\frac {l}{m}}{\biggr )}\end{array}}}
Более подробную информацию и дальнейшие формулы суммирования см. [5] [30]
Некоторые частные значения: некоторые частные значения первой обобщенной константы Стилтьеса при рациональных аргументах могут быть сведены к гамма-функции , первой константе Стилтьеса и элементарным функциям. Например,
γ
1
(
1
2
)
=
−
2
γ
ln
2
−
(
ln
2
)
2
+
γ
1
=
−
1.353459680
…
{\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {1}{2}}\right)=-2\gamma \ln 2-(\ln 2)^{2}+\gamma _{1}=-1.353459680\ldots }
В точках 1/4, 3/4 и 1/3 значения первых обобщенных констант Стилтьеса были независимо получены Конноном. [34] and Blagouchine [30]
γ
1
(
1
4
)
=
2
π
ln
Γ
(
1
4
)
−
3
π
2
ln
π
−
7
2
(
ln
2
)
2
−
(
3
γ
+
2
π
)
ln
2
−
γ
π
2
+
γ
1
=
−
5.518076350
…
γ
1
(
3
4
)
=
−
2
π
ln
Γ
(
1
4
)
+
3
π
2
ln
π
−
7
2
(
ln
2
)
2
−
(
3
γ
−
2
π
)
ln
2
+
γ
π
2
+
γ
1
=
−
0.3912989024
…
γ
1
(
1
3
)
=
−
3
γ
2
ln
3
−
3
4
(
ln
3
)
2
+
π
4
3
{
ln
3
−
8
ln
2
π
−
2
γ
+
12
ln
Γ
(
1
3
)
}
+
γ
1
=
−
3.259557515
…
{\displaystyle {\begin{array}{l}\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {1}{4}}\right)=2\pi \ln \Gamma \left({\frac {1}{4}}\right)-{\frac {3\pi }{2}}\ln \pi -{\frac {7}{2}}(\ln 2)^{2}-(3\gamma +2\pi )\ln 2-{\frac {\gamma \pi }{2}}+\gamma _{1}=-5.518076350\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {3}{4}}\right)=-2\pi \ln \Gamma \left({\frac {1}{4}}\right)+{\frac {3\pi }{2}}\ln \pi -{\frac {7}{2}}(\ln 2)^{2}-(3\gamma -2\pi )\ln 2+{\frac {\gamma \pi }{2}}+\gamma _{1}=-0.3912989024\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {1}{3}}\right)=-{\frac {3\gamma }{2}}\ln 3-{\frac {3}{4}}(\ln 3)^{2}+{\frac {\pi }{4{\sqrt {3}}}}\left\{\ln 3-8\ln 2\pi -2\gamma +12\ln \Gamma \left({\frac {1}{3}}\right)\right\}+\gamma _{1}=-3.259557515\ldots \end{array}}}
В точках 2/3, 1/6 и 5/6.
γ
1
(
2
3
)
=
−
3
γ
2
ln
3
−
3
4
(
ln
3
)
2
−
π
4
3
{
ln
3
−
8
ln
2
π
−
2
γ
+
12
ln
Γ
(
1
3
)
}
+
γ
1
=
−
0.5989062842
…
γ
1
(
1
6
)
=
−
3
γ
2
ln
3
−
3
4
(
ln
3
)
2
−
(
ln
2
)
2
−
(
3
ln
3
+
2
γ
)
ln
2
+
3
π
3
2
ln
Γ
(
1
6
)
−
π
2
3
{
3
ln
3
+
11
ln
2
+
15
2
ln
π
+
3
γ
}
+
γ
1
=
−
10.74258252
…
γ
1
(
5
6
)
=
−
3
γ
2
ln
3
−
3
4
(
ln
3
)
2
−
(
ln
2
)
2
−
(
3
ln
3
+
2
γ
)
ln
2
−
3
π
3
2
ln
Γ
(
1
6
)
+
π
2
3
{
3
ln
3
+
11
ln
2
+
15
2
ln
π
+
3
γ
}
+
γ
1
=
−
0.2461690038
…
{\displaystyle {\begin{array}{l}\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {2}{3}}\right)=-{\frac {3\gamma }{2}}\ln 3-{\frac {3}{4}}(\ln 3)^{2}-{\frac {\pi }{4{\sqrt {3}}}}\left\{\ln 3-8\ln 2\pi -2\gamma +12\ln \Gamma \left({\frac {1}{3}}\right)\right\}+\gamma _{1}=-0.5989062842\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {1}{6}}\right)=-{\frac {3\gamma }{2}}\ln 3-{\frac {3}{4}}(\ln 3)^{2}-(\ln 2)^{2}-(3\ln 3+2\gamma )\ln 2+{\frac {3\pi {\sqrt {3}}}{2}}\ln \Gamma \left({\frac {1}{6}}\right)\\[5mm]\displaystyle \qquad \qquad \quad -{\frac {\pi }{2{\sqrt {3}}}}\left\{3\ln 3+11\ln 2+{\frac {15}{2}}\ln \pi +3\gamma \right\}+\gamma _{1}=-10.74258252\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}\left({\frac {5}{6}}\right)=-{\frac {3\gamma }{2}}\ln 3-{\frac {3}{4}}(\ln 3)^{2}-(\ln 2)^{2}-(3\ln 3+2\gamma )\ln 2-{\frac {3\pi {\sqrt {3}}}{2}}\ln \Gamma \left({\frac {1}{6}}\right)\\[6mm]\displaystyle \qquad \qquad \quad +{\frac {\pi }{2{\sqrt {3}}}}\left\{3\ln 3+11\ln 2+{\frac {15}{2}}\ln \pi +3\gamma \right\}+\gamma _{1}=-0.2461690038\ldots \end{array}}}
Эти значения были рассчитаны Благушиным. [30] Этому же автору принадлежат и
γ
1
(
1
5
)
=
γ
1
+
5
2
{
ζ
″
(
0
,
1
5
)
+
ζ
″
(
0
,
4
5
)
}
+
π
10
+
2
5
2
ln
Γ
(
1
5
)
+
π
10
−
2
5
2
ln
Γ
(
2
5
)
+
{
5
2
ln
2
−
5
2
ln
(
1
+
5
)
−
5
4
ln
5
−
π
25
+
10
5
10
}
⋅
γ
−
5
2
{
ln
2
+
ln
5
+
ln
π
+
π
25
−
10
5
10
}
⋅
ln
(
1
+
5
)
+
5
2
(
ln
2
)
2
+
5
(
1
−
5
)
8
(
ln
5
)
2
+
3
5
4
ln
2
⋅
ln
5
+
5
2
ln
2
⋅
ln
π
+
5
4
ln
5
⋅
ln
π
−
π
(
2
25
+
10
5
+
5
25
+
2
5
)
20
ln
2
−
π
(
4
25
+
10
5
−
5
5
+
2
5
)
40
ln
5
−
π
(
5
5
+
2
5
+
25
+
10
5
)
10
ln
π
=
−
8.030205511
…
γ
1
(
1
8
)
=
γ
1
+
2
{
ζ
″
(
0
,
1
8
)
+
ζ
″
(
0
,
7
8
)
}
+
2
π
2
ln
Γ
(
1
8
)
−
π
2
(
1
−
2
)
ln
Γ
(
1
4
)
−
{
1
+
2
2
π
+
4
ln
2
+
2
ln
(
1
+
2
)
}
⋅
γ
−
1
2
(
π
+
8
ln
2
+
2
ln
π
)
⋅
ln
(
1
+
2
)
−
7
(
4
−
2
)
4
(
ln
2
)
2
+
1
2
ln
2
⋅
ln
π
−
π
(
10
+
11
2
)
4
ln
2
−
π
(
3
+
2
2
)
2
ln
π
=
−
16.64171976
…
γ
1
(
1
12
)
=
γ
1
+
3
{
ζ
″
(
0
,
1
12
)
+
ζ
″
(
0
,
11
12
)
}
+
4
π
ln
Γ
(
1
4
)
+
3
π
3
ln
Γ
(
1
3
)
−
{
2
+
3
2
π
+
3
2
ln
3
−
3
(
1
−
3
)
ln
2
+
2
3
ln
(
1
+
3
)
}
⋅
γ
−
2
3
(
3
ln
2
+
ln
3
+
ln
π
)
⋅
ln
(
1
+
3
)
−
7
−
6
3
2
(
ln
2
)
2
−
3
4
(
ln
3
)
2
+
3
3
(
1
−
3
)
2
ln
3
⋅
ln
2
+
3
ln
2
⋅
ln
π
−
π
(
17
+
8
3
)
2
3
ln
2
+
π
(
1
−
3
)
3
4
ln
3
−
π
3
(
2
+
3
)
ln
π
=
−
29.84287823
…
{\displaystyle {\begin{array}{ll}\displaystyle \gamma _{1}{\biggl (}{\frac {1}{5}}{\biggr )}=&\displaystyle \gamma _{1}+{\frac {\sqrt {5}}{2}}\left\{\zeta ''\left(0,{\frac {1}{5}}\right)+\zeta ''\left(0,{\frac {4}{5}}\right)\right\}+{\frac {\pi {\sqrt {10+2{\sqrt {5}}}}}{2}}\ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{5}}{\biggr )}\\[5mm]&\displaystyle +{\frac {\pi {\sqrt {10-2{\sqrt {5}}}}}{2}}\ln \Gamma {\biggl (}{\frac {2}{5}}{\biggr )}+\left\{{\frac {\sqrt {5}}{2}}\ln {2}-{\frac {\sqrt {5}}{2}}\ln {\big (}1+{\sqrt {5}}{\big )}-{\frac {5}{4}}\ln 5-{\frac {\pi {\sqrt {25+10{\sqrt {5}}}}}{10}}\right\}\cdot \gamma \\[5mm]&\displaystyle -{\frac {\sqrt {5}}{2}}\left\{\ln 2+\ln 5+\ln \pi +{\frac {\pi {\sqrt {25-10{\sqrt {5}}}}}{10}}\right\}\cdot \ln {\big (}1+{\sqrt {5}})+{\frac {\sqrt {5}}{2}}(\ln 2)^{2}+{\frac {{\sqrt {5}}{\big (}1-{\sqrt {5}}{\big )}}{8}}(\ln 5)^{2}\\[5mm]&\displaystyle +{\frac {3{\sqrt {5}}}{4}}\ln 2\cdot \ln 5+{\frac {\sqrt {5}}{2}}\ln 2\cdot \ln \pi +{\frac {\sqrt {5}}{4}}\ln 5\cdot \ln \pi -{\frac {\pi {\big (}2{\sqrt {25+10{\sqrt {5}}}}+5{\sqrt {25+2{\sqrt {5}}}}{\big )}}{20}}\ln 2\\[5mm]&\displaystyle -{\frac {\pi {\big (}4{\sqrt {25+10{\sqrt {5}}}}-5{\sqrt {5+2{\sqrt {5}}}}{\big )}}{40}}\ln 5-{\frac {\pi {\big (}5{\sqrt {5+2{\sqrt {5}}}}+{\sqrt {25+10{\sqrt {5}}}}{\big )}}{10}}\ln \pi \\[5mm]&\displaystyle =-8.030205511\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}{\biggl (}{\frac {1}{8}}{\biggr )}=&\displaystyle \gamma _{1}+{\sqrt {2}}\left\{\zeta ''\left(0,{\frac {1}{8}}\right)+\zeta ''\left(0,{\frac {7}{8}}\right)\right\}+2\pi {\sqrt {2}}\ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{8}}{\biggr )}-\pi {\sqrt {2}}{\big (}1-{\sqrt {2}}{\big )}\ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{4}}{\biggr )}\\[5mm]&\displaystyle -\left\{{\frac {1+{\sqrt {2}}}{2}}\pi +4\ln {2}+{\sqrt {2}}\ln {\big (}1+{\sqrt {2}}{\big )}\right\}\cdot \gamma -{\frac {1}{\sqrt {2}}}{\big (}\pi +8\ln 2+2\ln \pi {\big )}\cdot \ln {\big (}1+{\sqrt {2}})\\[5mm]&\displaystyle -{\frac {7{\big (}4-{\sqrt {2}}{\big )}}{4}}(\ln 2)^{2}+{\frac {1}{\sqrt {2}}}\ln 2\cdot \ln \pi -{\frac {\pi {\big (}10+11{\sqrt {2}}{\big )}}{4}}\ln 2-{\frac {\pi {\big (}3+2{\sqrt {2}}{\big )}}{2}}\ln \pi \\[5mm]&\displaystyle =-16.64171976\ldots \\[6mm]\displaystyle \gamma _{1}{\biggl (}{\frac {1}{12}}{\biggr )}=&\displaystyle \gamma _{1}+{\sqrt {3}}\left\{\zeta ''\left(0,{\frac {1}{12}}\right)+\zeta ''\left(0,{\frac {11}{12}}\right)\right\}+4\pi \ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{4}}{\biggr )}+3\pi {\sqrt {3}}\ln \Gamma {\biggl (}{\frac {1}{3}}{\biggr )}\\[5mm]&\displaystyle -\left\{{\frac {2+{\sqrt {3}}}{2}}\pi +{\frac {3}{2}}\ln 3-{\sqrt {3}}(1-{\sqrt {3}})\ln {2}+2{\sqrt {3}}\ln {\big (}1+{\sqrt {3}}{\big )}\right\}\cdot \gamma \\[5mm]&\displaystyle -2{\sqrt {3}}{\big (}3\ln 2+\ln 3+\ln \pi {\big )}\cdot \ln {\big (}1+{\sqrt {3}})-{\frac {7-6{\sqrt {3}}}{2}}(\ln 2)^{2}-{\frac {3}{4}}(\ln 3)^{2}\\[5mm]&\displaystyle +{\frac {3{\sqrt {3}}(1-{\sqrt {3}})}{2}}\ln 3\cdot \ln 2+{\sqrt {3}}\ln 2\cdot \ln \pi -{\frac {\pi {\big (}17+8{\sqrt {3}}{\big )}}{2{\sqrt {3}}}}\ln 2\\[5mm]&\displaystyle +{\frac {\pi {\big (}1-{\sqrt {3}}{\big )}{\sqrt {3}}}{4}}\ln 3-\pi {\sqrt {3}}(2+{\sqrt {3}})\ln \pi =-29.84287823\ldots \end{array}}}
Вторая Стилтьеса обобщенная константа
Вторая обобщенная константа Стилтьеса гораздо менее изучена, чем первая. Подобно первой обобщенной константе Стилтьеса, вторую обобщенную константу Стилтьеса при рациональном аргументе можно оценить по следующей формуле
γ
2
(
r
m
)
=
γ
2
+
2
3
∑
l
=
1
m
−
1
cos
2
π
r
l
m
⋅
ζ
‴
(
0
,
l
m
)
−
2
(
γ
+
ln
2
π
m
)
∑
l
=
1
m
−
1
cos
2
π
r
l
m
⋅
ζ
″
(
0
,
l
m
)
+
π
∑
l
=
1
m
−
1
sin
2
π
r
l
m
⋅
ζ
″
(
0
,
l
m
)
−
2
π
(
γ
+
ln
2
π
m
)
∑
l
=
1
m
−
1
sin
2
π
r
l
m
⋅
ln
Γ
(
l
m
)
−
2
γ
1
ln
m
−
γ
3
−
[
(
γ
+
ln
2
π
m
)
2
−
π
2
12
]
⋅
Ψ
(
r
m
)
+
π
3
12
cot
π
r
m
−
γ
2
ln
(
4
π
2
m
3
)
+
π
2
12
(
γ
+
ln
m
)
−
γ
(
(
ln
2
π
)
2
+
4
ln
m
⋅
ln
2
π
+
2
(
ln
m
)
2
)
−
{
(
ln
2
π
)
2
+
2
ln
2
π
⋅
ln
m
+
2
3
(
ln
m
)
2
}
ln
m
,
r
=
1
,
2
,
3
,
…
,
m
−
1.
{\displaystyle {\begin{array}{rl}\displaystyle \gamma _{2}{\biggl (}{\frac {r}{m}}{\biggr )}=\gamma _{2}+{\frac {2}{3}}\sum _{l=1}^{m-1}\cos {\frac {2\pi rl}{m}}\cdot \zeta '''\left(0,{\frac {l}{m}}\right)-2(\gamma +\ln 2\pi m)\sum _{l=1}^{m-1}\cos {\frac {2\pi rl}{m}}\cdot \zeta ''\left(0,{\frac {l}{m}}\right)\\[6mm]\displaystyle \quad +\pi \sum _{l=1}^{m-1}\sin {\frac {2\pi rl}{m}}\cdot \zeta ''\left(0,{\frac {l}{m}}\right)-2\pi (\gamma +\ln 2\pi m)\sum _{l=1}^{m-1}\sin {\frac {2\pi rl}{m}}\cdot \ln \Gamma {\biggl (}{\frac {l}{m}}{\biggr )}-2\gamma _{1}\ln {m}\\[6mm]\displaystyle \quad -\gamma ^{3}-\left[(\gamma +\ln 2\pi m)^{2}-{\frac {\pi ^{2}}{12}}\right]\cdot \Psi {\biggl (}{\frac {r}{m}}{\biggr )}+{\frac {\pi ^{3}}{12}}\cot {\frac {\pi r}{m}}-\gamma ^{2}\ln {\big (}4\pi ^{2}m^{3}{\big )}+{\frac {\pi ^{2}}{12}}(\gamma +\ln {m})\\[6mm]\displaystyle \quad -\gamma {\big (}(\ln 2\pi )^{2}+4\ln m\cdot \ln 2\pi +2(\ln m)^{2}{\big )}-\left\{(\ln 2\pi )^{2}+2\ln 2\pi \cdot \ln m+{\frac {2}{3}}(\ln m)^{2}\right\}\ln m\end{array}}\,,\qquad \quad r=1,2,3,\ldots ,m-1.}
see Blagouchine. [5]
Аналогичный результат был позже получен Коффи другим методом. [33]
^ Перейти обратно: а б с Коппо, Марк-Антуан (1999). «Новые выражения констант де Стилтьеса». Математические изложения . 17 : 349–358.
^ Перейти обратно: а б Коффи, Марк В. (2009). «Рядные представления констант Стилтьеса». arXiv : 0905.1111 [ math-ph ].
^ Перейти обратно: а б Коффи, Марк В. (2010). «Представление ряда типа Аддисона для констант Стилтьеса» . Дж. Теория чисел . 130 (9): 2049–2064. дои : 10.1016/j.jnt.2010.01.003 .
^ Чой, Джунсанг (2013). «Некоторые интегральные представления констант Стилтьеса». Журнал неравенств и приложений . 532 : 1–10.
^ Перейти обратно: а б с д Это ж г час Благоушин, Ярослав В. (2015). «Теорема для оценки в замкнутой форме первой обобщенной константы Стилтьеса при рациональных аргументах и некоторые связанные с ней суммирования». Журнал теории чисел . 148 : 537–592. arXiv : 1401.3724 . дои : 10.1016/j.jnt.2014.08.009 . И об. 151, стр. 276–277, 2015. arXiv : 1401.3724.
^ Перейти обратно: а б с д Это ж г Благоушин, Ярослав В. (2016). «Разложения обобщенных констант Эйлера в ряды полиномов от π −2 и в формальный обертывающий ряд только с рациональными коэффициентами». Журнал теории чисел . 158 : 365–396. arXiv : 1501.00740 . doi : 10.1016/j.jnt.2015.06.012 . Исправление: том 173, стр. 631-632. , 2017.
^ «Пара определенных интегралов, связанных с константами Стилтьеса» . Обмен стеками .
^ Харди, GH (2012). «Заметка о серии доктора Вакки по γ». QJ Pure Appl. Математика . 43 : 215–216.
^ Перейти обратно: а б Исраилов, М.И. (1981). «О лорановском разложении дзета-функции Римана». Труди Мат. Инст. Акад. Наук. СССР . 158 : 98–103.
^ Донал Ф. Коннон Некоторые применения констант Стилтьеса , arXiv:0901.2083
^ Перейти обратно: а б Благоушин, Ярослав В. (2018). «Три примечания к представлениям Сера и Хассе для дзета-функций» (PDF) . ЦЕЛЫЕ ЧИСЛА: Электронный журнал комбинаторной теории чисел . 18А (#А3): 1–45. arXiv : 1606.02044 .
^ На самом деле Благушин дает более общие формулы, которые справедливы и для обобщенных констант Стилтьеса.
^ «Закрытая форма для серии…» Stack Exchange .
^ Брюс К. Берндт. О дзета-функции Гурвица . Математический журнал Роки Маунтин, том. 2, нет. 1, стр. 151–157, 1972.
^ А. Ф. Лаврик. О главном члене проблемы делителей и степенном ряде дзета-функции Римана в окрестности ее полюса . Труди Мат. Инст. Акад. Наук. СССР, вып. 142, стр. 165–173, 1976.
^ З. Нан-Ю и К.С. Уильямс. Некоторые результаты об обобщенных константах Стилтьеса . Анализ, том. 14, стр. 147–162, 1994.
^ Ю. Мацуока. Обобщенные константы Эйлера, связанные с дзета-функцией Римана . Теория чисел и комбинаторика: Япония, 1984 г., World Scientific, Сингапур, стр. 279–295, 1985 г.
^ Ю. Мацуока. О коэффициентах степенного ряда дзета-функции Римана . Токийский математический журнал, том. 12, нет. 1, стр. 49–58, 1989.
^ Перейти обратно: а б с Чарльз Кнессль и Марк В. Коффи. Эффективная асимптотическая формула для констант Стилтьеса . Математика. Комп., вып. 80, нет. 273, стр. 379–386, 2011.
^ Лажар Феких-Ахмед. Новая эффективная асимптотическая формула для констант Стилтьеса , arXiv:1407.5567
^ Кшиштоф Масланка. Асимптотические свойства констант Стилтьеса . Вычислительные методы в науке и технике, вып. 28 (2022), с.123-131; https://arxiv.org/abs/2210.07244v1
^ Чоудри, БК (1995). «Дзета-функция Римана и ее производные». Учеб. Р. Сок. А. 450 (1940): 477–499. Бибкод : 1995RSPSA.450..477C . дои : 10.1098/rspa.1995.0096 . S2CID 124034712 .
^ Кейпер, Дж. Б. (1992). «Разложение в степенной ряд ζ-функции Римана» . Математика. Комп . 58 (198): 765–773. Бибкод : 1992MaCom..58..765K . дои : 10.1090/S0025-5718-1992-1122072-5 .
^ Кремински, Рик (2003). «Интегрирование Ньютона-Котеса для аппроксимации обобщенных констант Эйлера Стилтьеса» . Математика. Комп . 72 (243): 1379–1397. Бибкод : 2003MaCom..72.1379K . дои : 10.1090/S0025-5718-02-01483-7 .
^ Саймон Плуфф. Константы Стилтьеса, от 0 до 78, по 256 цифр каждая.
^ Йоханссон, Фредрик (2015). «Строгое высокоточное вычисление дзета-функции Гурвица и ее производных». Число. Алг . 69 (2): 253–570. arXiv : 1309.2877 . дои : 10.1007/s11075-014-9893-1 . S2CID 10344040 .
^ Перейти обратно: а б с д Йоханссон, Фредрик; Благоушин, Ярослав (2019). «Вычисление констант Стилтьеса с использованием комплексной интеграции». Математика вычислений . 88 (318): 1829–1850. arXiv : 1804.01679 . дои : 10.1090/mcom/3401 . S2CID 4619883 .
^ Перейти обратно: а б «Определенный интеграл» . Обмен стеками .
^ Коннон, Донал Ф. (2009). «Новые доказательства формул удвоения и умножения гамма-функций и двойных гамма-функций Барнса». arXiv : 0903.4539 [ math.CA ].
^ Перейти обратно: а б с д Ярослав В. Благоушин Повторное открытие интегралов Мальмстена, их вычисление методами контурного интегрирования и некоторые связанные с этим результаты. Журнал Рамануджана, том. 35, нет. 1, стр. 21–110, 2014 г. Дополнение о поправках: том. 42, стр. 777-781, 2017. PDF
^ В. Адамчик. Класс логарифмических интегралов. Труды Международного симпозиума 1997 г. по символическим и алгебраическим вычислениям, стр. 1–8, 1997 г.
^ «Вычисление конкретного интеграла» . Обмен стеками .
^ Перейти обратно: а б Марк В. Коффи Функциональные уравнения для констант Стилтьеса , arXiv : 1402.3746
^ Донал Ф. Коннон. Разница между двумя константами Стилтьеса , arXiv:0906.0277.