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勒奇超越函数


勒奇超越函数是 赫尔维茨 zeta 函数多重对数函数 的推广。许多倒数 的和可以用它来表示。经典定义为

 Phi(z,s,a)=sum_(k=0)^infty(z^k)/((a+k)^s),
(1)

对于 |z|<1a!=0, -1, .... 它以这种形式在HurwitzLerchPhi[z, s, a] 中实现 Wolfram 语言

稍微不同的形式

 Phi^*(z,s,a)=sum_(k=0)^infty(z^k)/([(a+k)^2]^(s/2))
(2)

有时也表示为 Phi^~(z,s,a),对于 |z|<1 (或 |z|=1R[s]>1) 和 a!=0, -1, -2, ..., 在 Wolfram 语言 中实现为LerchPhi[z, s, a]。请注意,仅对于 R[a]>0 这两者是相同的。

一个用于 Phi(z,s,a) 的级数公式,在复数 z 平面上更大的域内有效,由下式给出

 (1-z)Phi(z,s,a) 
 =sum_(n=0)^infty((-z)/(1-z))^nsum_(k=0)^n(-1)^k(n; k)(a+k)^(-s),
(3)

对于所有复数 s 和复数 z,其中 R[z]<1/2 (Guillera 和 Sondow 2005) 成立。

勒奇超越函数可以用来表示 狄利克雷 beta 函数

beta(s)=sum_(k=0)^(infty)(-1)^k(2k+1)^(-s)
(4)
=2^(-s)Phi(-1,s,1/2).
(5)

一个特例由下式给出

 Phi(z,n,1)=(Li_n(z))/z,
(6)

(Guillera 和 Sondow 2005),其中 Li_n(z)多重对数函数

给出简单常数的特例包括

Phi(-1,2,1/2)=4K
(7)
(partialPhi)/(partials)(-1,-1,1)=ln((A^3)/(2^(1/3)e^(1/4)))
(8)
(partialPhi)/(partials)(-1,-2,1)=(7zeta(3))/(4pi^2)
(9)
(partialPhi)/(partials)(-1,-1,1/2)=K/pi
(10)

其中 K卡塔兰常数zeta(3)阿佩里常数,并且 A格莱舍-金克林常数 (Guillera 和 Sondow 2005)。

它给出了 费米-狄拉克分布 的积分

int_0^infty(k^sdk)/(e^(k-mu)+1)=e^muGamma(s+1)Phi(-e^mu,s+1,1)
(11)
=-Gamma(s+1)Li_(1+s)(-e^mu),
(12)

其中 Gamma(z)伽玛函数Li_n(z)多重对数函数玻色-爱因斯坦分布

int_0^infty(k^sdk)/(e^(k-mu)-1)=e^muGamma(s+1)Phi(e^mu,s+1,1)
(13)
=Gamma(s+1)Li_(1+s)(e^mu).
(14)

二重积分 涉及勒奇超越函数,包括

 int_0^1int_0^1(x^(u-1)y^(v-1))/(1-xyz)[-ln(xy)]^sdxdy 
 =Gamma(s+1)(Phi(z,s+1,v)-Phi(z,s+1,u))/(u-v)  
int_0^1int_0^1((xy)^(u-1))/(1-xyz)[-ln(xy)]^sdxdy 
 =Gamma(s)Phi(z,s+2,u),
(15)

其中 Gamma(z)伽玛函数。这些公式引出了各种美丽的 单位正方形积分 特例 (Guillera 和 Sondow 2005)。

它也可以用来评估 狄利克雷 L 级数


参见

玻色-爱因斯坦分布, 狄利克雷 Beta 函数, 狄利克雷 L 级数, 费米-狄拉克分布, 赫尔维茨 Zeta 函数, 雅可比 Theta 函数, 勒让德 Chi 函数, 多重对数函数, 单位正方形积分

相关 Wolfram 网站

http://functions.wolfram.com/ZetaFunctionsandPolylogarithms/LerchPhi/

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参考文献

Erdélyi, A.; Magnus, W.; Oberhettinger, F.; and Tricomi, F. G. "函数 Psi(z,s,v)=sum_(n=0)^(infty)(v+n)^(-s)z^n." §1.11 in Higher Transcendental Functions, Vol. 1. New York: Krieger, pp. 27-31, 1981.Gradshteyn, I. S. and Ryzhik, I. M. "勒奇函数 Phi(z,s,v)." §9.55 in Tables of Integrals, Series, and Products, 6th ed. San Diego, CA: Academic Press, p. 1029, 2000.Guillera, J. and Sondow, J. "二重积分和无限乘积,用于勒奇超越函数的解析延拓的一些经典常数。" 2005 年 6 月 16 日 http://arxiv.org/abs/math.NT/0506319.Tyagi, S. "黎曼 Zeta 函数、勒奇函数和狄利克雷 L-函数 的双指数方法。" https://arxiv.org/abs/2203.02509. 2022 年 3 月 7 日。

在 Wolfram|Alpha 中被引用

勒奇超越函数

引用为

Weisstein, Eric W. "勒奇超越函数。" 来自 MathWorld--一个 Wolfram 网络资源。 https://mathworld.net.cn/LerchTranscendent.html

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