Riemannin zeta - funktio on Dirichlet - sarjan avulla määritetyn kompleksisen muuttujan funktio , at :
Kompleksisessa puolitasossa tämä sarja konvergoi , on analyyttinen funktio ja sallii analyyttisen jatkon koko kompleksitasolle , lukuun ottamatta yksittäistä pistettä .
Riemannin zeta-funktiolla on erittäin tärkeä rooli analyyttisessä lukuteoriassa , sillä on sovelluksia teoreettisessa fysiikassa , tilastoissa ja todennäköisyysteoriassa .
Erityisesti, jos todistettua tai kumottua Riemannin hypoteesia zeta-funktion kaikkien ei-triviaalien nollien sijainnista suoralla kompleksitasolla ei ole todistettu tai kumottu tähän mennessä , niin monia tärkeitä alkulukulauseita , jotka perustuvat Riemannin hypoteesiin todisteesta tulee joko totta tai epätosi.
Edustus äärettömänä tulona pätee myös toimialueella ( Eulerin identiteetti )
TodisteTodistuksen idea käyttää vain yksinkertaista algebraa, joka on ahkera koulupojan saatavilla. Euler johti alun perin kaavan tällä tavalla. Eratosthenes-seulalla on ominaisuus , josta voimme hyötyä:
Vähentämällä toinen ensimmäisestä, poistamme kaikki elementit, joiden jakaja on 2:
Toista seuraavat asiat:
Vähennä uudelleen, saamme:
jossa kaikki elementit, joilla on jakaja 2 ja/tai 3, poistetaan.
Kuten näet, oikea puoli seulotaan siivilän läpi. Toistaen loputtomasti, saamme:
Jaamme molemmat puolet kaikella paitsi , saamme:
joka voidaan kirjoittaa lyhyemmäksi äärettömänä tulona kaikkien alkulukujen p yli :
Jotta todistus olisi tiukka, tarvitaan vain, että kun , seulottu oikea puoli lähestyy arvoa 1, mikä seuraa välittömästi Dirichlet - sarjan konvergenssista .
Tämä yhtälö on yksi Zeta-funktion pääominaisuuksista.
voimassa , se pysyy myös totta kaikille , paitsi niille, joille (nämä ovat zeta-funktion triviaaleja juuria ). Tästä voidaan saada seuraavat kaavat :
Kuten Riemannin funktionaalisesta yhtälöstä seuraa, puolitasossa funktiolla on vain yksinkertaisia nollia negatiivisissa parillisissa pisteissä: . Näitä nollia kutsutaan zeta-funktion "triviaaleiksi" nollaksi. Lisäksi ihan oikeasti . Siksi kaikki Zeta-funktion "ei-triviaalit" nollat ovat kompleksilukuja. Lisäksi niillä on ominaisuus symmetriaa suhteessa todelliseen akseliin ja suhteessa pystysuoraan ja ne sijaitsevat kaistalla, jota kutsutaan kriittiseksi kaistaksi . Riemmannin hypoteesin mukaan ne ovat kaikki kriittisellä linjalla .
Kaavasta , jossa on Bernoullin luku , saamme sen .
Muut riviesityksetAlla on muita sarjoja, joiden summa on [3] :
On olemassa myös esityksiä Bailey-Borwain-Pluff-kaavan muodosta , joka sallii joissakin numerojärjestelmissä laskea tietueensa :nnen merkin laskematta edellisiä [3] :
IntegraaliesityksetAlla on kaavat integraaleille , jotka on saatu Riemannin zeta-funktiolla [4] [5] [6] :
Jatkuvia murtolukujaOsa jatkuvista murto-osien esityksistä saatiin Apéryn vakion samankaltaisten esitysten yhteydessä, mikä mahdollistaa sen irrationaalisuuden todistamisen.
[7] [7] [kahdeksan] [9]Yksi lyhyimmistä esityksistä on , jossa on polygammafunktio .
Jatkuvia murtolukujaApéryn vakion jatkuva murto -osa (sekvenssi A013631 OEIS : ssä ) on seuraava:
Stieltjes ja Ramanujan löysivät itsenäisesti ensimmäisen yleistetyn jatkuvan murto -osan Apéryn vakiolle, jolla on säännöllisyys :
Se voidaan muuntaa muotoon:
Aperi pystyi nopeuttamaan jatkuvan murto-osan konvergenssia vakiolla:
[10] [9]Kaavasta , jossa on Bernoullin luku , saamme sen .
Yksi lyhyimmistä esityksistä on , jossa on polygammafunktio .
Riemannin zeta-funktioon liittyy melko suuri määrä erikoisfunktioita, joita yhdistää Zeta-funktion yleinen nimi ja ovat sen yleistyksiä. Esimerkiksi:
joka sopii yhteen Riemannin zeta-funktion kanssa, kun q = 1 (koska summaus alkaa 0:sta, ei 1:stä). joka on sama kuin Riemannin zeta-funktio, kun z = 1.Gaussin polun integraalien teoriassa nousee esiin determinanttien regularisointiongelma . Yksi lähestymistapoja sen ratkaisuun on operaattorin zeta-funktion käyttöönotto [11] . Antaa olla ei-negatiivisesti määritelty itseadjoint-operaattori , jolla on puhtaasti diskreetti spektri . Lisäksi on olemassa reaaliluku , jolla operaattorilla on jälki . Sitten operaattorin zeta-funktio määritellään mielivaltaiselle kompleksiluvulle , joka sijaitsee puolitasossa ja voidaan antaa konvergenttisarjalla
Jos näin määritelty funktio sallii analyyttisen jatkon verkkotunnukseen, joka sisältää jonkin pisteen lähialueen , niin sen perusteella voidaan määrittää operaattorin regularisoitu determinantti kaavan mukaisesti.
Reaalimuuttujan funktiona zeta-funktion esitteli vuonna 1737 Euler , joka osoitti sen hajoamisen tuotteeksi. Sitten Dirichlet ja erityisen menestyksekkäästi Chebyshev harkitsivat tätä funktiota tutkiessaan alkulukujen jakautumislakia. Zeta-funktion syvimmät ominaisuudet löydettiin kuitenkin myöhemmin, Riemannin (1859) työn jälkeen, jossa zeta-funktiota pidettiin kompleksisen muuttujan funktiona.