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Xi 函数


XiReal
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xi 函数是函数

xi(z)=1/2z(z-1)(Gamma(1/2z))/(pi^(z/2))zeta(z)
(1)
=((z-1)Gamma(1/2z+1)zeta(z))/(sqrt(pi^z)),
(2)

其中 zeta(z)黎曼 zeta 函数,而 Gamma(z)伽玛函数 (Gradshteyn and Ryzhik 2000, p. 1076; Hardy 1999, p. 41; Edwards 2001, p. 16)。这是黎曼在其里程碑式的论文 (Riemann 1859) 中最初定义的函数的变体,其中上述现在标准的符号表示法遵循 Landau (Edwards 2001, p. 16)。

它是一个 整函数 (Edwards 2001, p. 16)。

它在 Wolfram 语言中实现为RiemannXi[s].

XiFunctionRoots

xi(z) 的零点及其 导数 的零点都位于 临界带 z=sigma+it 上,其中 0<sigma<1。因此,黎曼 zeta 函数 的非平凡零点与 xi(z) 的零点完全对应 (即,xi(1/2+it) 的根与实数 tzeta(1/2+it) 的根相同),另外的好处是 xi(1/2+it) 是纯实数。

前几个零点出现在下表总结的值中 (Wagon 1991, pp. 361-362 和 367-368; Havil 2003, p. 196; Odlyzko),其中相应的负值也是根。最接近这些值的整数是 14、21、25、30、33、38、41、43、48、50、... (OEIS A002410)。小于 10、10^210^3、... 的零点数量分别为 0、29、649、10142、138069、1747146、... (OEIS A072080; Odlyzko)。

nOEISt_n
1A05830314.134725
221.022040
325.010858
430.424876
532.935062
637.586178

特殊值包括

xi(0)=1/2
(3)
xi(1)=1/2
(4)
xi(2)=1/6pi
(5)
xi(3)=(3zeta(3))/(2pi)
(6)
xi(4)=1/(15)pi^2
(7)
xi(5)=(15zeta(5))/(2pi^2).
(8)

xi 函数满足 函数方程

 xi(1-z)=xi(z)
(9)

(Edwards 2001, p. 16)。

xi 函数在 1/2 附近有泰勒级数

 xi(s)=sum_(n=0)^inftya_(2n)(s-1/2)^(2n),
(10)

其中

 a_(2n)=4int_1^infty(d[x^(3/2)psi^'(x)])/(dx)((1/2lnx)^(2n))/((2n)!)x^(-1/4)dx
(11)

并且

psi(x)=sum_(n=1)^(infty)e^(-n^2pix)
(12)
=1/2[theta_3(0,e^(-pix))-1]
(13)

(Edwards 2001, p. 15),其中 theta_n(z,q)雅可比 theta 函数。系数 a_0 具有简单的解析形式

a_0=-(Gamma(1/4)zeta(1/2))/(8pi^(1/4))
(14)
=0.497120778...
(15)

(OEIS A114720)。

正如黎曼 (1859) 所述,并由 Hadamard (1893) 首次严格证明,xi 函数可以写成

 xi(s)=xi(0)product_(rho)(1-s/rho),
(16)

其中乘积遍历 xi(rho)=0 的根 rho (Edwards 2001, pp. 17-21)。

XiReImAbs
最小值 最大值
实部
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扩展到 复平面 的 xi 函数如上图所示。

函数 xi(z) 与以下项相关

 Xi(t)=xi(z),
(17)

其中 z=1/2+it (Gradshteyn and Ryzhik 2000, p. 1074; Edwards 2001, p. 16),这是黎曼最初考虑并实际表示为 xi(t) 的函数 (Edwards 2001, p. 16)。此函数也可以定义为

 Xi(it)=1/2(t^2-1/4)pi^(-t/2-1/4)Gamma(1/2t+1/4)zeta(t+1/2),
(18)

给出

 Xi(t)=-1/2(t^2+1/4)pi^(it/2-1/4)Gamma(1/4-1/2it)zeta(1/2-it).
(19)

de Bruijn-Newman 常数 是根据 Xi(t) 函数定义的。

Hardy (1914) 证明 xi(1/2+it) 有无数个实根 (Hardy 定理),Hardy 和 Littlewood (1921) 证明 0 到 T 之间的实根数至少为 KT,其中 K 为某个正常数,T 为所有足够大的值,Selberg (1942) 证明,事实上,这个数字至少为 KTlnT,其中 K 为某个正数,T 为所有大的值 (Edwards 2001, p. 19)。

Coffey (2004) 给出了 xi(s) 导数的许多公式。


另请参阅

de Bruijn-Newman 常数, Lehmer 现象, 李准则, 黎曼猜想, 黎曼-西格尔函数, 黎曼-西格尔积分公式, 黎曼 Zeta 函数, 黎曼 Zeta 函数零点

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Borwein, J. M.; Bradley, D. M.; and Crandall, R. E. "Computational Strategies for the Riemann Zeta Function." J. Comput. Appl. Math. 121, 247-296, 2000.Brent, R. P. "On the Zeros of the Riemann Zeta Function in the Critical Strip." Math. Comput. 33, 1361-1372, 1979.Brent, R. P.; van de Lune, J.; te Riele, H. J. J.; and Winter, D. T. "On the Zeros of the Riemann Zeta Function in the Critical Strip. II." Math. Comput. 39, 681-688, 1982.Coffey, M. W. "Relations and Positivity Results for Derivatives of the Riemann xi Function." J. Comput. Appl. Math. 166, 525-534, 2004.Conrey, J. B. "The Riemann Hypothesis." Not. Amer. Math. Soc. 50, 341-353, 2003. http://www.ams.org/notices/200303/fea-conrey-web.pdf.Edwards, H. M. "The Function xi(s)." §1.8 in Riemann's Zeta Function. New York: Dover, pp. 16-18, 2001.Gradshteyn, I. S. and Ryzhik, I. M. Tables of Integrals, Series, and Products, corr. enl. 4th ed. San Diego, CA: Academic Press, 2000.Hadamard, J. "Étude sur les propriétés des fonctions entières et en particulier d'une fonction considérée par Riemann." J. math. pures appl. 9, 171-215, 1893.Hardy, G. H. "Sur les zéros de la fonction zeta(s) de Riemann." C. R. Acad. Sci. Paris 158, 1012-1014, 1914.Hardy, G. H. Ramanujan: Twelve Lectures on Subjects Suggested by His Life and Work, 3rd ed. New York: Chelsea, 1999.Hardy, G. H. and Littlewood, J. E. "The Zeros of Riemann's Zeta-Function on the Critical Line." Math. Z. 10, 283-317, 1921.Havil, J. Gamma: Exploring Euler's Constant. Princeton, NJ: Princeton University Press, pp. 202-203, 2003.Keiper, J. B. "Power Series Expansions of Riemann's xi Function." Math. Comput. 58, 765-773, 1992.Li, X.-J. "The Positivity of a Sequence of Numbers and the Riemann Hypothesis." J. Number Th. 65, 325-333, 1997.Odlyzko, A. M. "The 10^(20)th Zero of the Riemann Zeta Function and 70 Million of Its Neighbors." Preprint.Odlyzko, A. "Tables of Zeros of the Riemann Zeta Function." http://www.dtc.umn.edu/~odlyzko/zeta_tables/.Riemann, G. F. B. "Über die Anzahl der Primzahlen unter einer gegebenen Grösse." Monatsber. Königl. Preuss. Akad. Wiss. Berlin, 671-680, Nov. 1859.Reprinted in Das Kontinuum und Andere Monographen (Ed. H. Weyl). New York: Chelsea, 1972. Also reprinted in English translation in Edwards, H. M. Appendix. Riemann's Zeta Function. New York: Dover, pp. 299-305, 2001.Selberg, A. "On the Zeros of Riemann's Zeta-Function." Skr. Norske Vid.-Akad. Oslo, No. 10, 1942.Sloane, N. J. A. Sequences A002410, A058303, A072080, and A114720 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Titchmarsh, E. C. The Theory of the Riemann Zeta Function, 2nd ed. New York: Clarendon Press, 1987.Wagon, S. "The Evidence: Where Are the Zeros of Zeta of s?" Math. Intel. 8, 57-62, 1986.Wagon, S. Mathematica in Action. New York: W. H. Freeman, 1991.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

Xi 函数

请引用为

Weisstein, Eric W. "Xi 函数。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Xi-Function.html

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