Ста́ла Апері́ (англ. Apéry's constant, фр. Constante d'Apéry) — дійсне число, що позначається (іноді ), яке дорівнює сумі обернених до кубів цілих додатних чисел і, отже, є частковим значенням дзета-функції Рімана:
Чисельне значення сталої виражається нескінченним неперіодичним десятковим дробом:
Названа на честь Роже Апері, який довів 1978 року, що є ірраціональним числом (теорема Апері[en]). Початкове доведення мало складний технічний характер, пізніше знайдено простий варіант доведення з використанням многочленів Лежандра. Невідомо, чи є стала Апері трансцендентним числом.
Ця стала давно приваблювала математиків — ще 1735 році Леонард Ейлер обчислив її з точністю до 16 значущих цифр (+1,202056903159594).
Застосування в математиці і фізиці Редагувати
У математиці стала Апері зустрічається у багатьох застосуваннях. Зокрема, величина, обернена до , дає ймовірність того, що будь-які три випадковим чином вибраних додатних цілих числа будуть взаємно простими — в тому сенсі, що при ймовірність того, що три додатних цілих числа, менших, ніж (і вибраних випадковим чином) будуть взаємно простими, прямує до .
Стала Апері природним чином виникає в низці задач фізики, зокрема в поправках другого (і вище) порядків до аномального магнітного моменту електрона в квантовій електродинаміці. Наприклад, результат для двопетльової діаграми Фейнмана, зображеної на малюнку, дає (тут мається на увазі 4-вимірне інтегрування за імпульсами внутрішніх петель, що містять тільки безмасові віртуальні частинки, а також відповідне нормування, включно зі степенем імпульсу зовнішньої частки ). Інший приклад — двовимірна модель Дебая.
Зв'язок з іншими функціями Редагувати
Стала Апері пов'язана з частковим значенням полігамма-функції другого порядку:
і з'являється в розкладі гамма-функції в ряд Тейлора:
де у вигляді факторизуються внески, що містять сталу Ейлера — Маскероні .
Стала Апері також пов'язана зі значеннями трилогарифма (частковий випадок полілогарифма ):
Подання у вигляді рядів Редагувати
Деякі інші ряди, члени яких обернені кубів натуральних чисел, також виражаються через сталу Апері:
Інші відомі результати — сума ряду, що містить гармонічні числа :
а також подвійна сума:
Для доведення ірраціональності Роже Апері користувався поданням:
де — біноміальний коефіцієнт.
1773 року Леонард Ейлер навів подання у вигляді ряду (яке згодом було кілька разів заново відкрито в інших роботах):
у якому значення дзета-функції Рімана парних аргументів можна подати як , де — числа Бернуллі.
Рамануджан дав кілька подань у вигляді рядів, які чудові тим, що вони забезпечують кілька нових значущих цифр на кожній ітерації. Серед них:
Саймон Плафф[en] отримав ряди іншого типу:
а також аналогічні подання для інших сталих .
Отримано й інші подання у вигляді рядів, зокрема:
Деякі з цих подань використано для обчислення сталої Апері з багатьма мільйонами значущих цифр.
1998 року отримано подання у вигляді ряду, яке дає можливість обчислити довільний біт сталої Апері.
Подання у вигляді інтегралів Редагувати
Існує також багато різних інтегральних подань для сталої Апері, починаючи від тривіальних формул на зразок
або
які випливають із найпростіших інтегральних визначень дзета-функції Рімана, до досить складних, таких, як
Ланцюгові дроби Редагувати
Ланцюговий дріб для сталої Апері (послідовність A013631 з Онлайн енциклопедії послідовностей цілих чисел, OEIS) має такий вигляд:
Перший узагальнений ланцюговий дріб для сталої Апері, що має закономірність, відкрили незалежно Стілтьєс і Рамануджан:
Його можна перетворити до вигляду:
Апері зміг прискорити збіжність ланцюгового дробу для сталої:
Обчислення десяткових цифр Редагувати
Число відомих значущих цифр сталої Апері значно зросло за останні десятиліття завдяки як збільшенню комп'ютерних потужностей, так і поліпшенню алгоритмів.
Дата | Кількість значущих цифр | Автори обчислення |
---|---|---|
1735 | 16 | Леонард Ейлер |
1887 | 32 | Томас Йоанес Стілтьєс |
1996 | 520,000 | Greg J. Fee & Simon Plouffe |
1997 | 1,000,000 | Bruno Haible & Thomas Papanikolaou |
1997, травень | 10,536,006 | Patrick Demichel |
1998, лютий | 14,000,074 | Sebastian Wedeniwski |
1998, березень | 32,000,213 | Sebastian Wedeniwski |
1998, липень | 64,000,091 | Sebastian Wedeniwski |
1998, грудень | 128,000,026 | Sebastian Wedeniwski |
2001, вересень | 200,001,000 | Shigeru Kondo & Xavier Gourdon |
2002, лютий | 600,001,000 | Shigeru Kondo & Xavier Gourdon |
2003, лютий | 1,000,000,000 | Patrick Demichel & Xavier Gourdon |
2006, квітень | 10,000,000,000 | Shigeru Kondo & Steve Pagliarulo |
2009, січень | 15,510,000,000 | Alexander J. Yee & Raymond Chan |
2009, березень | 31,026,000,000 | Alexander J. Yee & Raymond Chan |
2010, вересень | 100,000,001,000 | Alexander J. Yee |
2013, вересень | 200 000 001 000 | Robert J. Setti |
2015, серпень | 250 000 000 000 | Ron Watkins |
2015, грудень | 400 000 000 000 | Dipanjan Nag |
2017, серпень | 500 000 000 000 | Ron Watkins |
2019, травень | 1 000 000 000 000 | Ian Cutress |
2020, липень | 1 200 000 000 000 | Seungmin Kim |
Інші значення дзета-функції в непарних точках Редагувати
Існує багато досліджень, присвячених іншим значенням дзета-функції Рімана в непарних точках при . Зокрема, в роботах Вадима Зуділіна[en] і Тангая Рівоаля показано, що ірраціональними є нескінченна множина чисел , а також що принаймні одне з чисел , , , або є ірраціональним.
Примітки Редагувати
- Simon Plouffe. (HTML) (English). Архів оригіналу за 5 лютого 2008. Процитовано 8 лютого 2011.
- ↑ Roger Apéry (1979). Irrationalité de ζ(2) et ζ(3). Astérisque (French) 61: 11–13.
- A. van der Poorten (1979). (PDF). The Mathematical Intelligencer (English) 1: 195–203. doi:10.1007/BF03028234. Архів оригіналу за 6 липня 2011. Процитовано 8 лютого 2011.
- ↑ Leonhard Euler (1741). Inventio summae cuiusque seriei ex dato termino generali (13 октября 1735) (PDF). Commentarii academiae scientiarum Petropolitanae (Latin) 8: 173–204. Процитовано 9 лютого 2011.
- ↑ Leonhard Euler (translation by Jordan Bell, 2008). Finding the sum of any series from a given general term (PDF). arXiv:0806.4096 (English). Процитовано 9 лютого 2011.
- Leonhard Euler (1773). Exercitationes analyticae (PDF). Novi Commentarii academiae scientiarum Petropolitanae (Latin) 17: 173–204. Процитовано 8 лютого 2011.
- Bruce C. Berndt (1989). Ramanujan's notebooks, Part II. Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-96794-3. Процитовано 8 лютого 2011.
- D. J. Broadhurst (1998). Polylogarithmic ladders, hypergeometric series and the ten millionth digits of ζ(3) and ζ(5) (PDF). arXiv (math.CA/9803067). Процитовано 8 лютого 2011.
- Г. М. Фихтенгольц. Курс дифференциального и интегрального исчисления (7-ое изд.), с. 769. Наука, Москва, 1969
- Johan Ludwig William Valdemar Jensen. Note numéro 245. Deuxième réponse. Remarques relatives aux réponses du MM. Franel et Kluyver. L'Intermédiaire des mathématiciens, tome II, pp. 346—347, 1895.
- F. Beukers A Note on the Irrationality of ζ(2) and ζ(3). Bull. London Math. Soc. 11, pp. 268—272, 1979.
- Iaroslav V. Blagouchine Rediscovery of Malmsten's integrals, their evaluation by contour integration methods and some related results. The Ramanujan Journal, vol. 35, no. 1, pp. 21-110, 2014. PDF
- Steven R. Finch Mathematical Constants 1.6.6
- van der Poorten, Alfred (1979). . The Mathematical Intelligencer 1 (4): 195–203. doi:10.1007/BF03028234. Архів оригіналу за 6 липня 2011. Процитовано 22 червня 2021.
- X. Gourdon & P. Sebah. Constants and Records of Computation (HTML). numbers.computation.free.fr. Процитовано 8 лютого 2011.
- Sebastian Wedeniwski (2001). The Value of Zeta(3) to 1,000,000 places. Project Gutenberg.
- Xavier Gourdon & Pascal Sebah (2003). The Apéry's constant: ζ(3) (HTML). Процитовано 8 лютого 2011.
- Alexander J. Yee & Raymond Chan (2009). Large Computations (HTML). Процитовано 8 лютого 2011.
- Alexander J. Yee (2015). Zeta(3) — Apery's Constant (HTML). Процитовано 24 листопада 2018.
- Apéry's Constant | Polymath Collector
- T. Rivoal (2000). La fonction zeta de Riemann prend une infnité de valuers irrationnelles aux entiers impairs. Comptes Rendus Acad. Sci. Paris Sér. I Math. 331: 267–270.
- В. В. Зудилин. Одно из чисел ζ(5), ζ(7), ζ(9), ζ(11) иррационально // УМН. — 2001. — Т. 56, вип. 4(340) (23 жовтня). — С. 149–150.
Посилання Редагувати
- Ю. И. Манин, А. А. Панчишкин. I.2.4. Диофантовы приближения и иррациональность ζ(3) // Введение в теорию чисел. — ВИНИТИ, 1990. — Т. 49. — С. 83—89. — (Итоги науки и техники. Серия «Современные проблемы математики. Фундаментальные направления».)
- V. Ramaswami (1934). Notes on Riemann's ζ-function. J. London Math. Soc. 9: 165–169. doi:10.1112/jlms/s1-9.3.165.
- Weisstein, Eric W. Стала Апері(англ.) на сайті Wolfram MathWorld.