A Riemann zéta függvény egy komplex változó függvénye , a Dirichlet-sor segítségével definiálva :
A komplex félsíkban ez a sorozat konvergál , analitikus függvénye a teljes komplex síknak , és a szinguláris pont kivételével analitikus folytatást enged be .
A Riemann zéta függvény nagyon fontos szerepet játszik az analitikus számelméletben , alkalmazható az elméleti fizikában , a statisztikában és a valószínűségszámításban .
Különösen, ha eddig sem a bizonyított, sem a cáfolt Riemann-hipotézis a zéta-függvény összes nem-triviális nullának a közvetlen komplex síkon való helyzetéről nem igazolt vagy cáfolódik , akkor számos fontos prímszámtétel a Riemann-hipotézisen alapul. a bizonyíték vagy igaz lesz, vagy hamis.
A végtelen szorzatként való ábrázolás a tartományban is érvényes ( Euler-identitás )
BizonyítékA bizonyítás ötlete csak egyszerű algebrát használ, amely egy szorgalmas iskolás fiú számára hozzáférhető. Euler eredetileg így származtatta a képletet. Eratoszthenész szitájának van egy olyan tulajdonsága , amelyből profitálhatunk:
Ha kivonjuk a másodikat az elsőből, eltávolítjuk az összes elemet, amelynek osztója 2:
Ismételje meg a következőket:
Ismét kivonva kapjuk:
ahol az összes 2-es és/vagy 3-as osztó elemet eltávolítjuk.
Mint látható, a jobb oldalt szitán átszitáljuk. Végtelenül ismételve a következőket kapjuk:
Mindkét oldalt elosztjuk mindennel, kivéve , a következőt kapjuk:
amely rövidebbre írható végtelen szorzatként az összes p prímre :
Ahhoz, hogy a bizonyítás szigorúbb legyen, csak azt kell megkövetelni, hogy amikor a szitált jobb oldal megközelítse az 1-et, ami közvetlenül következik a Dirichlet - sorok konvergenciájából .
Ez az egyenlőség a zéta-függvény egyik fő tulajdonsága.
érvényes -re , akkor is igaz marad mindenre , kivéve azokat, amelyekre (ezek a zéta függvény triviális gyökei ). Ebből a következő képleteket kaphatjuk :
A Riemann-függvényegyenletből következik, hogy a félsíkban a függvénynek csak a negatív páros pontokban egyszerű nullái vannak: . Ezeket a nullákat a zéta-függvény „triviális” nulláinak nevezzük. Ráadásul tényleg . Ezért a zéta-függvény minden „nem triviális” nullája komplex szám. Ezenkívül szimmetrikus tulajdonságuk van a valós tengelyhez és a függőlegeshez képest, és a kritikus sávnak nevezett sávban helyezkednek el . A Riemann-hipotézis szerint ezek mind a kritikus vonalon vannak .
A képletből , ahol a Bernoulli - szám , azt kapjuk .
Egyéb sorábrázolásokAz alábbiakban további sorozatok láthatók, amelyek összege [3] :
Vannak olyan ábrázolások is a Bailey-Borwain-Pluff képlet formájára , amelyek bizonyos számrendszerekben lehetővé teszik a rekord előjelének kiszámítását az előzőek kiszámítása nélkül [3] :
Integrális reprezentációkAz alábbiakban a Riemann zéta függvény [4] [5] [6] segítségével kapott integrálok bevonására szolgáló képletek találhatók :
Folytatva törtekA folyamatos törtreprezentációk egy részét az Apéry -állandó hasonló reprezentációival kapcsolatban kaptuk , ami lehetővé tette irracionalitásának bizonyítását.
[7] [7] [nyolc] [9]Az egyik legrövidebb reprezentáció az , hogy hol van a poligamma függvény .
Folytatva törtekAz Apéry-állandó ( A013631 szekvencia az OEIS -ben ) folyamatos törtrésze a következő:
Stieltjes és Ramanujan egymástól függetlenül fedezte fel az Apéry-állandó első általánosított folytonos törtjét, amelynek szabályszerűsége van :
Átalakítható:
Az Aperi fel tudta gyorsítani a folyamatos tört konvergenciáját egy állandóra:
[10] [9]A képletből , ahol a Bernoulli - szám , azt kapjuk .
Az egyik legrövidebb reprezentáció az , hogy hol van a poligamma függvény .
A Riemann-zéta-függvényhez meglehetősen sok speciális függvény kapcsolódik, amelyeket a zéta-függvény közös neve egyesít és annak általánosításai. Például:
ami egybeesik a Riemann zéta függvénnyel q = 1-re (mert az összegzés 0-tól kezdődik, nem 1-től). ami megegyezik a Riemann-zéta-függvénnyel z = 1-nél.A Gauss-féle útintegrálok elméletében felmerül a determinánsok szabályosságának problémája . Megoldásának egyik megközelítése az operátor zéta függvényének bevezetése [11] . Legyen egy nem negatívan definiált önadjungált operátor , amelynek tisztán diszkrét spektruma van . Sőt, létezik olyan valós szám , hogy az operátornak van egy nyoma . Ekkor az operátor zéta-függvénye egy tetszőleges, félsíkban fekvő komplex számra van definiálva, és konvergens sorozattal megadható
Ha az így definiált függvény beenged egy analitikus folytatást a pont valamely szomszédságát tartalmazó tartományba , akkor ennek alapján meg lehet határozni az operátor regularizált determinánsát a képlet szerint.
Egy valós változó függvényében a zéta függvényt 1737-ben vezette be Euler , aki jelezte annak szorzattá való bomlását. Ezután ezt a függvényt Dirichlet , és különösen sikeresen Csebisev is figyelembe vette, amikor a prímszámok eloszlásának törvényét tanulmányozta. A zéta-függvény legmélyebb tulajdonságait azonban később fedezték fel Riemann (1859) munkája nyomán, ahol a zéta-függvényt egy komplex változó függvényének tekintették.