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双对数函数


Dilogarithm

双对数函数 Li_2(z)多重对数函数 Li_n(z)n=2 时的特殊情况。请注意,符号 Li_2(x) 不幸地与 对数积分 Li(x) 的符号相似。对于 Li_2(z) 函数,还有两种常见的归一化方法,都用 L(z) 表示,其中一种被称为 Rogers L-函数

双对数函数在 Wolfram 语言 中以如下方式实现:PolyLog[2, z].

双对数函数可以通过以下求和定义:

 Li_2(z)=sum_(k=1)^infty(z^k)/(k^2)
(1)

或积分:

 Li_2(z)=int_z^0(ln(1-t)dt)/t.
(2)
DiLogReIm
DiLogContours

上面展示了 Li_2(z)复平面 中的图像。

双对数函数的主要函数方程由下式给出:

Li_2(x)+Li_2(-x)=1/2Li_2(x^2)
(3)
Li_2(1-x)+Li_2(1-x^(-1))=-1/2(lnx)^2
(4)
Li_2(x)+Li_2(1-x)=1/6pi^2-(lnx)ln(1-x)
(5)
Li_2(-x)-Li_2(1-x)+1/2Li_2(1-x^2)=-1/(12)pi^2-(lnx)ln(x+1).
(6)

以下给出了可以以闭合形式计算的,带有实参 xLi_2(x) 的完整列表:

Li_2(-1)=-1/(12)pi^2
(7)
Li_2(0)=0
(8)
Li_2(1/2)=1/(12)pi^2-1/2(ln2)^2
(9)
Li_2(1)=1/6pi^2
(10)
Li_2(-phi)=-1/(10)pi^2-(lnphi)^2
(11)
=-1/(10)pi^2-(csch^(-1)2)^2
(12)
Li_2(-phi^(-1))=-1/(15)pi^2+1/2(lnphi)^2
(13)
=-1/(15)pi^2+1/2(csch^(-1)2)^2
(14)
Li_2(phi^(-2))=1/(15)pi^2-(lnphi)^2
(15)
=1/(15)pi^2-(csch^(-1)2)^2
(16)
Li_2(phi^(-1))=1/(10)pi^2-(lnphi)^2
(17)
=1/(10)pi^2-(csch^(-1)2)^2,
(18)

其中 phi黄金比例 (Lewin 1981, Bailey et al. 1997; Borwein et al. 2001)。

涉及无理数的两项恒等式包括:

 Li_2(sqrt(2)-1)-Li_2(1-sqrt(2))=(pi^2)/8-1/2ln^2(1+sqrt(2))
(19)

(Lima 2012, Campbell 2021) 以及

Li_2(phi^(-3))-Li_2(-phi^(-3))=(phi^3(pi^2-18ln^2phi))/(3(phi^6-1))
(20)
Li_2(i(2-sqrt(3)))-Li_2(-i(2-sqrt(3)))=(2isqrt(7-4sqrt(3))[8K-piln(2+sqrt(3))])/(3(8-4sqrt(3)))
(21)
Li_2(i(sqrt(2)-1))-Li_2(-i(sqrt(2)-1))=(i[sqrt(2)(psi_1(1/8)+psi_1(3/8))+8piln(sqrt(2)-1)-4sqrt(2)pi^2])/(32)
(22)
Li_2(3^(-1/2)i)-Li_2(-3^(-1/2)i)=(i[3psi_1(1/6)+15psi_1(1/3)-6sqrt(3)piln3-16pi^2])/(36sqrt(3)),
(23)

其中 phi黄金比例KCatalan 常数,而 psi_1(z)三伽玛函数 (Campbell 2021)。

W. Gosper(2021 年 9 月 19 日)给出了以下复数自变量的双对数函数的恒等式:

 I[Li_2(i(sqrt(2)-1))]=(psi_1(1/8)+psi(3/8))/(32sqrt(2))+pi/(16)ln(3-2sqrt(2))-(pi^2)/(8sqrt(2)),
(24)

其中 I[z] 表示 z虚部,而 psi_1(x)三伽玛函数

有几个涉及双对数函数的显著恒等式。Ramanujan 给出了恒等式

Li_2(1/3)-1/6Li_2(1/9)=1/(18)pi^2-1/6(ln3)^2
(25)
Li_2(-1/2)+1/6Li_2(1/9)=-1/(18)pi^2+ln2ln3-1/2(ln2)^2-1/3(ln3)^2
(26)
Li_2(1/4)+1/3Li_2(1/9)=1/(18)pi^2+2ln2ln3-2(ln2)^2-2/3(ln3)^2
(27)
Li_2(-1/3)-1/3Li_2(1/9)=-1/(18)pi^2+1/6(ln3)^2
(28)
Li_2(-1/8)+Li_2(1/9)=-1/2(ln9/8)^2
(29)

(Berndt 1994, Gordon and McIntosh 1997),以及 Li_2(phi^(-1)) 的恒等式,Bailey et al. (1997) 表明

 pi^2=36Li_2(1/2)-36Li_2(1/4)-12Li_2(1/8)+6Li_2(1/(64)).
(30)

Lewin (1991) 给出了 67 个双对数恒等式(称为“阶梯”),Bailey 和 Broadhurst (1999, 2001) 发现了惊人的附加双对数恒等式

 0=Li_2(alpha_1^(-630))-2Li_2(alpha_1^(-315))-3Li_2(alpha_1^(-210))-10Li_2(alpha_1^(-126))-7Li_2(alpha_1^(-90))+18Li_2(alpha_1^(-35))+84Li_2(alpha_1^(-15))+90Li_2(alpha_1^(-14))-4Li_2(alpha_1^(-9))+339Li_2(alpha_1^(-8))+45Li_2(alpha_1^(-7))+265Li_2(alpha_1^(-6))-273Li_2(alpha_1^(-5))-678Li_2(alpha_1^(-4))-1016Li_2(alpha_1^(-3))-744Li_2(alpha_1^(-2))-804Li_2(alpha_1^(-1))-22050(lnalpha_1)^2+2003zeta(2),
(31)

其中 alpha_1=(x^(10)+x^9-x^7-x^6-x^5-x^4-x^3+x+1)_2 approx 1.17628Lehmer 的 Mahler 测度问题 中多项式的最大正根,而 zeta(z)黎曼 zeta 函数


另请参阅

Abel 的倍加公式, Abel 的函数方程, Clausen 函数, 反切线积分, L-代数数, Legendre 的 Chi 函数, 对数, 多重对数函数, Rogers L-函数, Spence 函数, Spence 积分, 三对数函数, Watson 恒等式

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参考文献

Abramowitz, M. 和 Stegun, I. A. (编). "Dilogarithm." §27.7 见 Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 1004-1005, 1972.Andrews, G. E.; Askey, R.; 和 Roy, R. Special Functions. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1999.Bailey, D. H.; Borwein, P. B.; 和 Plouffe, S. "On the Rapid Computation of Various Polylogarithmic Constants." Math. Comput. 66, 903-913, 1997.Bailey, D. H. 和 Broadhurst, D. J. "A Seventeenth-Order Polylogarithm Ladder." 20 Jun 1999. http://arxiv.org/abs/math.CA/9906134.Bailey, D. H. 和 Broadhurst, D. J. "Parallel Integer Relation Detection: Techniques and Applications." Math. Comput. 70, 1719-1736, 2001.Berndt, B. C. Ramanujan's Notebooks, Part IV. New York: Springer-Verlag, pp. 323-326, 1994.Borwein, J. M.; Bradley, D. M.; Broadhurst, D. J.; 和 Lisonek, P. "Special Values of Multidimensional Polylogarithms." Trans. Amer. Math. Soc. 353, 907-941, 2001.Bytsko, A. G. "Fermionic Representations for Characters of M(3,t), M(4,5), M(5,6)M(6,7) Minimal Models and Related Dilogarithm and Rogers-Ramanujan-Type Identities." J. Phys. A: Math. Gen. 32, 8045-8058, 1999.Campbell, J. M. "Some Nontrivial Two-Term Dilogarithm Identities." Irish Math. Soc. Bull., No. 88, 31-37, 2021.Erdélyi, A.; Magnus, W.; Oberhettinger, F.; 和 Tricomi, F. G. "Euler's Dilogarithm." §1.11.1 见 Higher Transcendental Functions, Vol. 1. New York: Krieger, pp. 31-32, 1981.Gordon, B. 和 McIntosh, R. J. "Algebraic Dilogarithm Identities." Ramanujan J. 1, 431-448, 1997.Kirillov, A. N. "Dilogarithm Identities." Progr. Theor. Phys. Suppl. 118, 61-142, 1995.Lewin, L. Dilogarithms and Associated Functions. London: Macdonald, 1958.Lewin, L. Polylogarithms and Associated Functions. New York: North-Holland, 1981.Lewin, L. "The Dilogarithm in Algebraic Fields." J. Austral. Math. Soc. Ser. A 33, 302-330, 1982.Lewin, L. (编). Structural Properties of Polylogarithms. Providence, RI: Amer. Math. Soc., 1991.Lima, F. M. S. "New Definite Integrals and a Two-Term Dilogarithm Identity." Indag. Math. 23, 1-9, 2012.Nielsen, N. "Der Eulersche Dilogarithmus und seine Verallgemeinerungen." Nova Acta Leopoldina, Abh. der Kaiserlich Leopoldinisch-Carolinischen Deutschen Akad. der Naturforsch. 90, 121-212, 1909.Watson, G. N. "A Note on Spence's Logarithmic Transcendent." Quart. J. Math. Oxford Ser. 8, 39-42, 1937.

在 Wolfram|Alpha 上被引用

双对数函数

请引用为

Weisstein, Eric W. "双对数函数." 来自 MathWorld--一个 Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Dilogarithm.html

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