0
EN
1
المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

قم بتسجيل الدخول اولاً لكي يتسنى لك الاعجاب والتعليق.

Stieltjes Constants

المؤلف:  Berndt, B. C.

المصدر:  "On the Hurwitz Zeta-Function." Rocky Mountain J. Math. 2

الجزء والصفحة:  ...

4-2-2020

3221

+

-

20

Stieltjes Constants

Expanding the Riemann zeta function about z=1 gives

 zeta(z)=1/(z-1)+sum_(n=0)^infty((-1)^n)/(n!)gamma_n(z-1)^n

(1)

(Havil 2003, p. 118), where the constants

 gamma_n=lim_(m->infty)[sum_(k=1)^m((lnk)^n)/k-((lnm)^(n+1))/(n+1)]

(2)

are known as Stieltjes constants.

Another sum that can be used to define the constants is

 zeta(z+1)-1/z=sum_(k=0)^infty((-1)^kgamma_kz^k)/(k!).

(3)

These constants are returned by the Wolfram Language function StieltjesGamma[n].

A generalization gamma_n(a) takes gamma_n(a)/n! as the coefficient of (1-s)^n is the Laurent series of the Hurwitz zeta function zeta(s,a) about s=1. These generalized Stieltjes constants are implemented in the Wolfram Language as StieltjesGamma[na].

The case n=0 gives the usual Euler-Mascheroni constant

 gamma_0=gamma.

(4)

A limit formula for gamma_1 is given by

 gamma_1=-lim_(y->infty)y<span style={y+I[zeta(1+i/y)]}, " src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/StieltjesConstants/NumberedEquation5.gif" style="height:37px; width:188px" />

(5)

where I[z] is the imaginary part and zeta(z) is the Riemann zeta function.

An alternative definition is given by absorbing the coefficient of gamma_n into the constant,

(6)

(e.g., Hardy 1912, Kluyver 1927).

The Stieltjes constants are also given by

 gamma_n=lim_(z->1)[(-1)^nzeta^((n))(z)-(n!)/((z-1)^(n+1))].

(7)

StieltjesGammaStieltjesGammaLog

Plots of the values of the Stieltjes constants as a function of n are illustrated above (Kreminski). The first few numerical values are given in the following table.

n OEIS gamma_n
0 A001620 0.5772156649
1 A082633 -0.07281584548
2 A086279 -0.009690363192
3 A086280 0.002053834420
4 A086281 0.002325370065
5 A086282 0.0007933238173

StieltjesGammaSignRuns

Briggs (1955-1956) proved that there infinitely many gamma_n of each sign. The signs of gamma_n for n=0, 1, ... are 1, -1-1, 1, 1, 1, -1-1-1-1, ... (OEIS A114523), and the run lengths of consecutive signs are 1, 2, 3, 4, 3, 4, 5, 4, 5, 5, 5, ... (OEIS A114524). A plot of run lengths is shown above.

Berndt (1972) gave upper bounds of

 |gamma_n|<<span style={(4(n-1)!)/(pi^n) for n even; (2(n-1)!)/(pi^n) for n odd. " src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/StieltjesConstants/NumberedEquation8.gif" style="height:82px; width:176px" />

(8)

However, these bounds are extremely weak. A stronger bound is given by

 |gamma_n|<10^(-4)e^(nlnlnn)

(9)

for n>4 (Matsuoka 1985).

Vacca (1910) proved that the Euler-Mascheroni constant may be expressed as

 gamma=sum_(k=1)^infty((-1)^k)/k|_lgk_|,

(10)

where |_x_| is the floor function and the lg function lgx=log_2x is the logarithm to base 2. Hardy (1912) derived the formula

 gamma_1=1/6(ln2)^2-1/2gammaln2+1/(2ln2)sum_(k=1)^infty((-1)^k(lnk)^2)/k

(11)

from Vacca's expression.

Kluyver (1927) gave similar series for gamma_n valid for all n>1,

 gamma_n=n!(ln2)^nsum_(m=1)^(n+1)((-1)^(m-1))/(m!)sum_(k=1)^infty((-1)^k|_lgk_|^mB_(1+n-m)(lgk))/k,

(12)

where B_n(x) is a Bernoulli polynomial. However, this series converges extremely slowly, requiring more than 10^4 terms to get two digits of gamma_1 and many more for higher order gamma_n.

gamma_n can also be expressed as a single sum using

 gamma_n=((ln2)^n)/(n+1)sum_(k=1)^infty((-1)^k)/kB_(n+1)(lgk).

(13)

gamma_1 also appears in the asymptotic expansion of the sum

 sum_(n=1)^x1/nln(x/n)=1/2(lnx)^2+gammalnx-gamma_1+O(x^(-1)),

(14)

where gamma_1 was called -D and given incorrectly by Ellision and Mendès-France (1975) (and the error was subsequently reproduced by Le Lionnais 1983, p. 47). The exact form of (14) is given by

 sum_(n=1)^x1/nln(x/n)=H_xlnx+gamma_1(x+1)-gamma_1,

(15)

where H_x is a harmonic number and gamma_n(a) is a generalized Stieltjes constant.

A set of constants related to gamma_n is

 delta_n=lim_(m->infty)[sum_(k=1)^m(lnk)^n-int_1^m(lnx)^ndx-1/2(lnm)^n]

(16)

(Sitaramachandrarao 1986, Lehmer 1988).

The Stieltjes constants also satisfy the beautiful sum

 sum_(k=0)^infty(gamma_(k+n))/(k!)=(-1)^n[n!+zeta^((n))(0)]

(17)

(O. Marichev, pers. comm., 2008).


REFERENCES:

Berndt, B. C. "On the Hurwitz Zeta-Function." Rocky Mountain J. Math. 2, 151-157, 1972.

Bohman, J. and Fröberg, C.-E. "The Stieltjes Function--Definitions and Properties." Math. Comput. 51, 281-289, 1988.

Briggs, W. E. "Some Constants Associated with the Riemann Zeta-Function." Mich. Math. J. 3, 117-121, 1955-1956.

Coffey, M. W. "New Results on the Stieltjes Constants: Asymptotic and Exact Evaluation." J. Math. Anal. Appl. 317, 603-612, 2006.

Coffey, M. W. "New Summation Relations for the Stieltjes Constants." Proc. Roy. Soc. A 462, 2563-2573, 2006.

Ellison, W. J. and Mendès-France, M. Les nombres premiers. Paris: Hermann, 1975.

Finch, S. R. "Stieltjes Constants." §2.21 in Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 166-171, 2003.

Hardy, G. H. "Note on Dr. Vacca's Series for gamma." Quart. J. Pure Appl. Math. 43, 215-216, 1912.

Hardy, G. H. and Wright, E. M. "The Behavior of zeta(s) when s->1." §17.3 in An Introduction to the Theory of Numbers, 5th ed. Oxford, England: Clarendon Press, pp. 246-247, 1979.

Havil, J. Gamma: Exploring Euler's Constant. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2003.

Kluyver, J. C. "On Certain Series of Mr. Hardy." Quart. J. Pure Appl. Math. 50, 185-192, 1927.

Knopfmacher, J. "Generalised Euler Constants." Proc. Edinburgh Math. Soc. 21, 25-32, 1978.

Kreminski, R. "Newton-Cotes Integration for Approximating Stieltjes (Generalized Euler) Constants." Math. Comput. 72, 1379-1397, 2003.

Kreminski, R. "This Site Will Archive Some Stieltjes-Related Computational Work..." http://www.tamu-commerce.edu/math/FACULTY/KREMIN/stieltjesrelated/.

Kreminski, R. "This Page Displays Work in Progress by Rick Kreminski." http://www.tamu-commerce.edu/math/FACULTY/KREMIN/stieltjes/stieltjestestpage.html.

Kreminski, R. "Gammas 1 to 12 to 6900 Digits." http://www.tamu-commerce.edu/math/FACULTY/KREMIN/stieltjesrelated/gammas1to12/.

Lammel, E. "Ein Beweis dass die Riemannsche Zetafunktion zeta(s) is |s-1|<=1 keine Nullstelle besitzt." Univ. Nac. Tucmán Rev. Ser. A 16, 209-217, 1966.

Le Lionnais, F. Les nombres remarquables. Paris: Hermann, p. 47, 1983.

Lehmer, D. H. "The Sum of Like Powers of the Zeros of the Riemann Zeta Function." Math. Comput. 50, 265-273, 1988.

Liang, J. J. Y. and Todd, J. "The Stieltjes Constants." J. Res. Nat. Bur. Standards--Math. Sci. 76B, 161-178, 1972.

Matsuoka, Y. "Generalized Euler Constants Associated with the Riemann Zeta Function." In Number Theory and Combinatorics. Japan 1984 (Tokyo, Okayama and Kyoto, 1984). Singapore: World Scientific, pp. 279-295, 1985.

Plouffe, S. "Stieltjes Constants from 0 to 78, to 256 Digits Each." http://pi.lacim.uqam.ca/piDATA/stieltjesgamma.txt.

Sitaramachandrarao, R. "Maclaurin Coefficients of the Riemann Zeta Function." Abstracts Amer. Math. Soc. 7, 280, 1986.

Sloane, N. J. A. Sequences A001620/M3755, A082633, A086279, A086280, A086281, A086282, A114523, and A114524 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Vacca, G. "A New Series for the Eulerian Constant." Quart. J. Pure Appl. Math. 41, 363-368, 1910.

اخر الاخبار

اشترك بقناتنا على التلجرام ليصلك كل ما هو جديد