Theta függvény

A théta függvények több összetett változó speciális függvényei . Számos területen fontos szerepet játszanak, beleértve az Abel-féle változatok elméletét , a modulustereket és a másodfokú formákat . A szolitonok elméletében is alkalmazzák őket . A Grassmann algebrára történő általánosítás után a függvények a kvantumtérelméletben is megjelennek [1] .

A théta függvények leggyakoribb fajtái az elliptikus függvények elméletében találhatók . Az egyik komplex változó (általában z -vel jelölve ) tekintetében a théta függvénynek megvan az a tulajdonsága, hogy összeadja a hozzá tartozó elliptikus függvények periódusait, így kvázi-periodikussá . Az absztrakt elméletben ezt az csepp vonalköteg -feltételéből kapjuk .

Jacobi théta függvény

Számos kapcsolódó függvény létezik, amelyeket Jacobi-théta-függvényeknek neveznek, és sok különböző és inkompatibilis jelölési rendszer. Az egyik Jacobi-théta-függvény ( Carl Gustav Jacobi nevéhez fűződik) két z és , összetett változóból definiált függvény , ahol z tetszőleges komplex szám lehet , és a sík felső felére korlátozódik , ami azt jelenti, hogy a szám pozitív. képzeletbeli rész. A függvényt a képlet adja meg

hol és . A függvény Jacobi alak . Ha javítjuk , akkor a függvény Fourier-sorozattá válik z 1. periódusú periodikus teljes függvényére . Ebben az esetben a théta függvény kielégíti az azonosságot

A függvény a kváziperiódus figyelembevételével nagyon szabályosan viselkedik , és kielégíti a funkcionális egyenletet

ahol a és b  egész számok.

Segítő funkciók

A fent definiált Jacobi théta függvényt néha három további théta függvénnyel együtt tekintik, ebben az esetben egy további 0 indexszel írják fel:

A további (félperiodikus) függvényeket a képletek határozzák meg

Ezeket a jelöléseket Riemann és Mumford követte . Jacobi eredeti megfogalmazása a nome kifejezés volt , nem . A Jacobi-jelölésben a θ -függvények a következőképpen vannak felírva:

A Jacobi-théta-függvény fenti definíciói messze nem az egyetlenek. Lásd a Jacobi Theta függvények (a jelölés variációi) című cikket a további megbeszélésekért.

Ha betesszük a fenti théta függvényeket, akkor négy, csak a felső félsíktól függő és attól definiált függvényt kapunk (amit néha théta-konstansnak is neveznek.) Ezek segítségével különböző moduláris formákat definiálhatunk , illetve néhány görbét paraméterezhetünk. Különösen a Jacobi identitás

egy negyedik fokú Fermat-görbe .

Jacobi identitások

A Jacobi identitások leírják, hogy a théta függvényeket hogyan alakítja át a moduláris csoport , amelyet a leképezések és a leképezések generálnak . Az első transzformáció azonosságait könnyű megtalálni, mivel ha egyet adunk a k kitevőhöz , akkor az ugyanazt a hatást eredményezi, mint egyet hozzáadni z-hez ( mod 2 ). A második esetben feltesszük

Akkor

A théta nome-ként funkcionál

Ahelyett, hogy a théta függvényeket a z és a kifejezésekkel fejeznénk ki, a w argumentum és az q névszó segítségével fejezhetjük ki , ahol , és . Ebben az esetben a funkciók válnak

Látjuk, hogy a théta függvények definiálhatók w és q segítségével anélkül, hogy az exponenciális függvényre közvetlenül hivatkoznánk. A képletek ezért használhatók théta-függvények meghatározására más mezők felett, ahol az exponenciális függvény nem mindenhol van definiálva, például a p -adikus számok mezője .

Művek ábrázolásai

A Jacobi hármasszorzat ( a Macdonald-azonosságok speciális esete ) azt mondja nekünk , hogy w és q komplex számokra és és

Ez elemi eszközökkel igazolható, mint például Hardy és Wright Bevezetés a számelméletbe című művében .

Ha a théta függvényt mennyiségekkel és , akkor fejezzük ki

Ezért kapunk egy szorzatképletet a forma théta függvényéhez

w és q szempontjából :

ahol a q -Pochhammer szimbólum és a q -theta függvény . Ha a zárójeleket kinyitjuk, a Jacobi tripla termék alakját veszi fel

ami át is írható mint

Ez a képlet igaz az általános esetre, de különösen érdekes a valós z esetében . Hasonló termékképletek további théta függvényekhez

Egész számok ábrázolása

A Jacobi théta függvényeknek a következő integrál reprezentációi vannak:

Explicit értékek

Lásd Yi (2004) [2] .

Néhány azonosság a sorozattal

A sorozatok következő két azonosságát Mező István [3] bizonyította :

Ezek az összefüggések minden 0 < q < 1 -re érvényesek . A q értékeket rögzítve a következő paramétermentes összegeket kapjuk

Jacobi théta függvények nullái

A Jacobi-théta-függvények minden nullája egyszerű nulla, és a következőképpen definiálhatók:

,

ahol m , n tetszőleges egész számok.

Reláció a Riemann zéta függvényhez

Hányados

Riemann -t használta a Riemann-zéta -függvény funkcionális egyenletének bizonyítására a Mellin-transzformáción keresztül

és kimutatható, hogy a transzformáció invariáns s 1 − s változása alatt . A z ≠ 0 megfelelő integrálját a Hurwitz-zéta-függvényről szóló cikk tartalmazza .

Csatlakozás a Weierstrass elliptikus függvényhez

A théta-függvényeket Jacobi használta (a számítások egyszerűsítésére adaptált formában) elliptikus függvényeinek a fenti négy théta-függvény részeiként való megszerkesztésére, és felhasználhatta a Weierstrass-elliptikus függvényeket is, mivel

,

ahol a második deriváltot z - re vesszük , és a c állandót úgy definiáljuk, hogy a ℘( z ) függvény Laurent-sorának a z = 0 pontban nulla állandó tagja legyen.

Kapcsolat a q -gamma függvénnyel

A negyedik théta-függvény - majd a többi - a [4] összefüggés révén elválaszthatatlanul kapcsolódik a Jackson q -gamma függvényhez ] .

Kapcsolat a Dedekind eta függvényével

Legyen a Dedekind eta függvény , és legyen a théta függvény argumentuma nom . Akkor

és

Lásd még a Weber moduláris funkciókról szóló cikket .

Elliptikus modul

A J-invariáns egyenlő

,

a járulékos elliptikus modulus pedig az

A termikus egyenlet megoldása

A Jacobi-théta-függvény az egydimenziós hőegyenlet alapvető megoldása térbeli periodikus peremfeltételekkel [5] . Valót véve , valós és pozitív t -vel írhatunk

,

mi oldja meg a hőegyenletet

Ez a théta megoldás 1-periodikus x -ben, és az eloszlások értelmében periodikus delta függvényre vagy Dirac-fésűre hajlamos.

.

A hőegyenlet térbeli periodikus kezdeti értékeivel kapcsolatos probléma általános megoldásait úgy kaphatjuk meg, hogy a kiindulási adatokat összevonjuk a théta függvénnyel.

Kapcsolat a Heisenberg csoporttal

A Jacobi théta függvény invariáns a Heisenberg-csoport diszkrét alcsoportjának hatására . Ezt az invarianciát mutatja be a Heisenberg-csoport théta-reprezentációjáról szóló cikk .

Általánosítások

Ha F másodfokú alak n változóban , akkor az F - hez tartozó théta függvény az

n egész számok rácsa feletti összeggel . Ez a théta függvény egy moduláris forma a moduláris csoport súlyával (megfelelően meghatározott alcsoporton) . Fourier-soros bővítésben

a számokat alakábrázolási számoknak nevezzük .

Ramanujan théta függvénye

Riemann théta függvény

Hadd

szimmetrikus négyzetmátrixok halmaza , amelyek képzeletbeli része pozitív határozott . n a felső Siegel- féle féltér , és a felső félsík magasabb dimenziós analógja . A moduláris csoport n - dimenziós analógja az Sp(2 n , ) szimplektikus csoport . számára . A kongruens alcsoportok n - dimenziós analógjának szerepe az

Ekkor, ha adott , a Riemann théta függvényt a következőképpen definiáljuk

Itt van egy n - dimenziós komplex vektor, a T felső index pedig transzponálást jelent . A Jacobi théta függvény ekkor egy speciális eset és -vel , ahol a felső félsík .

A Riemann théta függvény abszolút és egyenletesen konvergál kompakt részhalmazokon .

Egy függvény funkcionális egyenlete

ami érvényes minden vektorra és minden }} és .

Poincare sorozat

A Poincaré sorozat általánosítja a théta sorozatot automorf formákra , ahogyan tetszőleges fuksziánus csoportokra alkalmazzák .

Jegyzetek

  1. Tyurin, 2003 .
  2. Yi, 2004 , p. 381–400.
  3. Mező, 2013 , p. 2401–2410.
  4. Mező, 2012 , p. 692–704.
  5. Ohyama, 1995 , p. 431–450.

Irodalom

Olvasás további olvasáshoz

Linkek