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

الرياضيات : التفاضل و التكامل :

q-Series Identities

المؤلف:  Andrews, G. E.

المصدر:  q-Series: Their Development and Application in Analysis, Number Theory, Combinatorics, Physics, and Computer Algebra. Providence, RI: Amer. Math. Soc., 1986.

الجزء والصفحة:  ...

29-8-2019

2926

q-Series Identities

 

There are a great many beautiful identities involving q-series, some of which follow directly by taking the q-analog of standard combinatorial identities, e.g., the q-binomial theorem

 sum_(n=0)^infty((a;q)_nz^n)/((q;q)_n)=((az;q)_infty)/((z;q)_infty)

(1)

(|z|<1|q|<1; Andrews 1986, p. 10), a special case of an identity due to Euler

 (aq;q)_infty=sum_(k=0)^infty((-1)^kq^(k(k+1)/2)a^k)/((q;q)_k)

(2)

(Gasper and Rahman 1990, p. 9; Leininger and Milne 1999), and q-Vandermonde sum

 _2phi_1(a,q^(-n);c;q,q)=(a^n(c/a,q)_n)/((c;q)_n),

(3)

where _2phi_1(a,b;c;q,z) is a q-hypergeometric function.

Other q-series identities, e.g., the Jacobi identities, Rogers-Ramanujan identities, and q-hypergeometric identity

 _2phi_1(a,b;c;q,z)=((b;q)_infty(az;q)_infty)/((c;q)_infty(z;q)_infty)_2phi_1(c/b,a;az;q,b),

(4)

seem to arise out of the blue. Another such example is

 sum_(n=0)^infty((-q;q^2)_nq^(n(n-1))z^n)/((z;q^2)_n)=sum_(n=0)^infty((-zq;q^4)_nq^(n(2n-1))z^n)/((z;q^2)_(2n+1))

(5)

(Gordon and McIntosh 2000).

Hirschhorn (1999) gives the beautiful identity

(q)_infty^5 = (q^5)_infty (mod 5)

(6)

= 1+4q^5+4q^(10)+q^(25)+q^(35)+4q^(60)+... (mod 5)

(7)

(OEIS A098445). Other modular identities involving the q-series (q)_infty include

(q)_infty^3 = sum_(n=0)^(infty)(-1)^n(2n+1)q^(n(n+1)/2) (mod 5)

(8)

= X+2qY (mod 5)

(9)

(Hardy and Wright 1979, Hirschhorn 1999), where

X = product_(n=1)^(infty)(1-q^(25n-15))(1-q^(25n-10))(1-q^(25n))

(10)

= sum_(n=-infty)^(infty)(-1)^nq^((25n^2-5n)/2)

(11)

Y = product_(n=1)^(infty)(1-q^(25n-20))(1-q^(25n-5))(1-q^(25n))

(12)

= sum_(n=-infty)^(infty)(-1)^nq^((25n^2-15n)/2)

(13)

(Hirschhorn 1999).

Zucker (1990) defines the useful notations

(n) = product_(k=1)^(infty)(1-q^(kn))

(14)

= (q^n;q^n)

(15)

[n] = q^(n/24)product_(k=1)^(infty)(1-q^(kn)).

(16)

A set of beautiful identities that can be expressed in this notation were found by M. Trott (pers. comm., Dec. 19, 2000),

0=-5(1)(2)^2(5)^4+4(2)^5(5)(10)+(1)^5(10)^2

(17)

0=-9(1)(2)^4(3)^8+8(2)^9(3)^3(6)+(1)^9(6)^4

(18)

0=-25(1)^2(2)^2(5)^7+16(2)^8(5)(10)^2+5(1)^6(5)^3(10)^2

(19)

 +4(1)^5(2)^3(10)^3

(20)

0=-4(1)^2(3)^2(4)^8+3(2)^8(6)^4+(1)^8(4)^2(12)^2

(21)

0=-2(1)^4(4)^(14)+(2)^(14)(8)^4+(1)^8(2)^2(4)^4(8)^4.

(22)

These are closely related to modular equation identities. For example, equation (◇) is an elegant form of Shen (1994) equation (3.12), obtained using the identities

theta_4(q) = ((1)^2)/((2))

(23)

theta_4(q^5) = (10)product_(k=1)^(infty)(1-q^(10k-5))^2

(24)

theta_4^3(q^5) = ((5)^4)/((10))product_(k=1)^(infty)(1-q^(10k-5))^2

(25)

(OEIS A002448, A089803, and A089804). Similarly, equation (◇) is actually the classical expression

 theta_3^2(q)+theta_4^2(q)=2theta_3^2(q^2)

(26)

for the Jacobi theta functions which follows from

theta_3(q) = ((2)^5)/((1)^2(4)^2)

(27)

theta_4(q) = ((1)^2)/((2))

(28)

(J. Zucker, pers. comm., Nov. 11, 2003).

Another set of identities found by M. Trott (pers. comm., Jul. 8, 2009) are given by

 (-1;q)_infty-2(-q;q)_infty=0 
q(q^2;q)_infty-(q^2;q)_infty+(q;q)_infty=0 
2q(-q^2;q)_infty+2(-q^2;q)_infty-(-1;q)_infty=0 
q(-q^2;q)_infty+(-q^2;q)_infty-(-q;q)_infty=0 
q(q^(-1);q^2)_infty-q(q;q^2)_infty+(q;q^2)_infty=0 
q(-q^(-1);q^2)_infty-q(-q;q^2)_infty-(-q;q^2)_infty=0 
(q;q^2)_infty+q(q^3;q^2)_infty-(q^3;q^2)_infty=0 
-(q^3;q)_infty+(q^2;q)_infty+q^2(q^3;q)_infty=0 
-(-q;q^2)_infty+q(-q^3;q^2)_infty+(-q^3;q^2)_infty=0 
(-q^3;q)_infty-(-q^2;q)_infty+q^2(-q^3;q)_infty=0 
q(q^(-1);q^3)_infty-q(q^2;q^3)_infty+(q^2;q^3)_infty=0 
(q;q^3)_infty+q^2(q^(-2);q^3)_infty-q^2(q;q^3)_infty=0 
-(-q;q^3)_infty+q^2(-q^(-2);q^3)_infty-q^2(-q;q^3)_infty=0 
q(q^(-1);q^4)_infty-q(q^3;q^4)_infty+(q^3;q^4)_infty=0 
q(-q^(-1);q^4)_infty-q(-q^3;q^4)_infty-(-q^3;q^4)_infty=0 
(q;q^4)_infty+q^3(q^(-3);q^4)_infty-q^3(q;q^4)_infty=0 
-(-q;q^4)_infty+q^3(-q^(-3);q^4)_infty-q^3(-q;q^4)_infty=0 
(q^3;q^5)_infty+q^2(q^(-2);q^5)_infty-q^2(q^3;q^5)_infty=0 
-(-q^3;q^5)_infty+q^2(-q^(-2);q^5)_infty-q^2(-q^3;q^5)_infty=0 
q^3(q^(-3);q^5)_infty+(q^2;q^5)_infty-q^3(q^2;q^5)_infty=0 
q^3(-q^(-3);q^5)_infty-(-q^2;q^5)_infty-q^3(-q^2;q^5)_infty=0 
(q;q^5)_infty+q^4(q^(-4);q^5)_infty-q^4(q;q^5)_infty=0 
-(-q;q^5)_infty+q^4(-q^(-4);q^5)_infty-q^4(-q;q^5)_infty=0 
q^3(q^(-3);q^6)_infty-q^3(q^3;q^6)_infty+(q^3;q^6)_infty=0 
q^3(-q^(-3);q^6)_infty-q^3(-q^3;q^6)_infty-(-q^3;q^6)_infty=0 
q^4(q^(-4);q^6)_infty+(q^2;q^6)_infty-q^4(q^2;q^6)_infty=0 
q^4(-q^(-4);q^6)_infty-(-q^2;q^6)_infty-q^4(-q^2;q^6)_infty=0 
(q;q^6)_infty+q^5(q^(-5);q^6)_infty-q^5(q;q^6)_infty=0 
-(-q;q^6)_infty+q^5(-q^(-5);q^6)_infty-q^5(-q;q^6)_infty=0 
q^4(q^(-4);q^7)_infty+(q^3;q^7)_infty-q^4(q^3;q^7)_infty=0 
q^4(-q^(-4);q^7)_infty-(-q^3;q^7)_infty-q^4(-q^3;q^7)_infty=0 
q^5(q^(-5);q^7)_infty+(q^2;q^7)_infty-q^5(q^2;q^7)_infty=0 
q^5(-q^(-5);q^7)_infty-(-q^2;q^7)_infty-q^5(-q^2;q^7)_infty=0 
(q;q^7)_infty+q^6(q^(-6);q^7)_infty-q^6(q;q^7)_infty=0 
-(-q;q^7)_infty+q^6(-q^(-6);q^7)_infty-q^6(-q;q^7)_infty=0 
q^5(q^(-5);q^8)_infty+(q^3;q^8)_infty-q^5(q^3;q^8)_infty=0 
q^6(-q^(-6);q^8)_infty-(-q^2;q^8)_infty-q^6(-q^2;q^8)_infty=0 
(q;q^8)_infty+q^7(q^(-7);q^8)_infty-q^7(q;q^8)_infty=0 
-(-q;q^8)_infty+q^7(-q^(-7);q^8)_infty-q^7(-q;q^8)_infty=0 
q^8(-q^(-8);q^(11))_infty-(-q^3;q^(11))_infty-q^8(-q^3;q^(11))_infty=0 
-(-q;q^(16))_infty+q^(15)(-q^(-15);q^(16))_infty-q^(15)(-q;q^(16))_infty=0.

(29)

 


REFERENCES:

Andrews, G. E. q-Series: Their Development and Application in Analysis, Number Theory, Combinatorics, Physics, and Computer Algebra. Providence, RI: Amer. Math. Soc., 1986.

Berndt, B. C. "Modular Equations of Degrees 3, 5, and 7 and Associated Theta-Function Identities." Ch. 19 in Ramanujan's Notebooks, Part III. New York:Springer-Verlag, pp. 220-324, 1985.

Gasper, G. and Rahman, M. Basic Hypergeometric Series. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1990.

Gordon, B. and McIntosh, R. J. "Some Eighth Order Mock Theta Functions." J. London Math. Soc. 62, 321-335, 2000.

Hardy, G. H. and Wright, E. M. An Introduction to the Theory of Numbers, 5th ed. Oxford, England: Clarendon Press, 1979.

Hirschhorn, M. D. "Another Short Proof of Ramanujan's Mod 5 Partition Congruences, and More." Amer. Math. Monthly 106, 580-583, 1999.

Leininger, V. E. and Milne, S. C. "Some New Infinite Families of eta-Function Identities." Methods Appl. Anal. 6, 225-248, 1999.

Shen, L.-C. "On the Additive Formulae of the Theta Functions and a Collection of Lambert Series Pertaining to the Modular Equations of Degree 5." Trans. Amer. Math. Soc. 345, 323-345, 1994.

Sloane, N. J. A. Sequences A002448, A089803, A089804, and A098445 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Zucker, J. "Further Relations Amongst Infinite Series and Products. II. The Evaluation of Three-Dimensional Lattice Sums." J. Phys. A: Math. Gen. 23, 117-132, 1990.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي